Адаптация как биологическое свойство, ее общие закономерности

Учение об адаптациях в биологической науке. Классификация адаптаций живых систем. Относительная целесообразность приспособлений (адаптаций). Описание механизма биологической адаптации. Последовательные фазы адаптации в случае изменений внешних условий.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 27.12.2015
Размер файла 58,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского"

РЕФЕРАТ

по дисциплине "Экология"

на тему: Адаптация как биологическое свойство, ее общие закономерности

Выполнила студентка

очной формы обучения

Алексеева Виктория Александровна

Омск 2015 г.

Содержание

  • Введение
  • 1. Учение об адаптациях в биологической науке
  • 1.1 Классификация адаптаций живых систем
  • 1.2 Относительная целесообразность приспособлений (адаптаций)
  • 2. Общее описание механизма биологической адаптации
  • 3. Общие закономерности биологической адаптации
  • Список используемой литературы

Введение

Адаптация (от лат. adaptatio - приспособление) - это динамический процесс, благодаря которому подвижные системы живых организмов, несмотря на изменчивость условий, поддерживают устойчивость, необходимую для существования, развития и продолжения рода. Именно механизм адаптации, выработанный в результате длительной эволюции, обеспечивает возможность существования организма в постоянно меняющихся условиях среды.

Биологическая адаптация - приспособление организма к внешним условиям 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.

1. Учение об адаптациях в биологической науке

Биологическая адаптация (от лат. adaptatio - приспособление) - процесс приспособления организмов к условиям их существования, а также те признаки организмов, благодаря которым они могут выживать в борьбе за существование.

Вопрос об адаптациях является принципиально важным в биологии вообще и, в частности, в экологии. Решение этого вопроса исторически связано с судьбой самой биологии, с разработкой исторического метода в биологии, с победой материализма в биологии.

Долгое время, вплоть до конца XVIII в., явления приспособленности организмов к условиям жизни и их совершенства трактовались телеологически и теологически, то есть, оно характеризовалось выработкой своеобразного общего мировоззрения, центром которого было представление об абсолютной неизменности природы. Карл Линней применил его к живой природе в форме учения о постоянстве видов. Он, будучи первоклассным натуралистом, на каждом шагу видел явления приспособленности организмов к среде и целесообразности в их строении, но толковал эти явления в духе времени - телеологически.

Долгое время явления так называемой органической целесообразности расценивались естествоиспытателями, философами-идеалистами и церковниками в качестве важнейших прямых "доказательств" наличия творца и его мудрости. Биологические воззрения приспосабливались к этому основному положению. Например, К. Линней, чтобы согласовать теорию постоянства видов и их творения с наблюдаемым в природе закономерным распределением различных видов по соответствующим ландшафтным зонам, предложил оригинальную гипотезу. Сущность ее заключается в том, что бог якобы сотворил животных и растения на острове с высокой горой, на склонах которой существовали все климатические зоны - от полярной (на ее покрытой снегом вершине) и до тропической (у ее подножия). По мысли автора этой гипотезы виды были сотворены в соответствующих их организации высотных зонах, где и жили до того момента, когда море начало отступать и остров соединился с сушей. По мере этого соединения животные и растения стали расселяться по поверхности Земли, размножившись в соответствующих широтных зонах.

Согласно всем, этим креационистским взглядам виды сначала появились, наделенные определенными признаками и потребностям и, а потом расселились, подыскав условия существования, отвечающие их потребностям. В основе этого взгляда лежит идея преадаптации. Преадаптационная точка зрения характеризуется полным отрицанием зависимости свойств организма от среды и является неприкрыто идеалистической.

Совершенно очевидно, что такой взгляд является ненаучным, и пока он лежал в основе ботанических и зоологических представлений, биология развиваться не могла.

В этой обстановке с революционным утверждением выступает Ч. Дарвин, заявивший, что виды изменяются, случайно появившиеся полезные изменения дают преимущество их обладателям в повсеместно совершающейся борьбе за существование, в результате чего происходит выживание наиболее приспособленных. Происходящий таким образом естественный отбор вызывает образование новых видов, содействует повышению организации живых существ в историческом аспекте и непрерывно совершенствует их.

Теория естественного отбора, созданная Ч. Дарвином, впервые давала материалистическое объяснение явлениям приспособленности и лишала их ореола таинственности и непознаваемости, тем самым выбивая из рук идеалистов один из важных аргументов креационизма.

Саму экологию некоторые стали трактовать как науку об адаптациях, но это определение узко и не имеет многих сторонников.

Дальнейшее развитие материалистической биологии связано с преодолением ограниченностей и ошибок дарвинизма. Дарвин, поверхностно понимал взаимоотношения организма и среды и неправильно трактовал изменчивость организмов, различая определенные и неопределенные изменения, причем особое значение придавал последним (ненаправленной и случайной изменчивости). И.В. Мичурин и его последователи развили учение Дарвина в этом вопросе, установив единство организма с необходимыми для его жизни условиями и главенствующее значение направленной, определенной адекватной изменчивости.

1.1 Классификация адаптаций живых систем

Поскольку адаптация - явление сложное и многообразное, в биологической науке имеется несколько десятков классификаций адаптаций, в основу которых положены самые разные признаки

Приспособления также делят на организменные и видовые. Организменные адаптации в свою очередь подразделяются на морфологические, физиологические, биохимические и этологические.

Морфологические адаптации проявляются в преимуществах строения, покровительственной окраске, предостерегающей окраске, мимикрии, маскировке, приспособительном поведении.

Преимущества строения - это оптимальные пропорции тела, расположение и густота волосяного или перьевого покрова и т.п. Хорошо известен облик водного млекопитающего - дельфина. Его движения легки и точны. Самостоятельная скорость движения в воде достигает 40 километров в час. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Как дельфину удается преодолеть её? Помимо других особенностей строения идеальной приспособленности дельфина к среде обитания и образу жизни способствует форма тела. Торпедо видная форма тела позволяет избежать образования завихрений потоков воды, обтекающих дельфина.

Обтекаемая форма тела способствует быстрому передвижению животных и в воздушной среде. Маховые и контурные перья, покрывающие тело птицы, полностью сглаживают его форму. Птицы лишены выступающих ушных раковин, в полёте они обычно втягивают ноги. В результате птицы по скорости передвижения намного превосходят всех других животных. Например, сокол сапсан пикирует на свою жертву со скоростью до 290 километров в час. Птицы быстро двигаются даже в воде. Наблюдали антарктического пингвина, плывущего под водой со скоростью около 35 километров в час.

У животных, ведущих скрытный, затаивающийся образ жизни, полезным оказываются приспособления, придающие им сходство с предметами окружающей среды. Причудливая форма тела у рыб, обитающих в зарослях водорослей (морской конёк-тряпичник, рыба-клоун, морская игла и др.), помогает им успешно скрываться от врагов. Сходство с предметами среды обитания широко распространено у насекомых. Известны жуки, своим внешним видом напоминающие лишайники, цикады, сходные с шипами тех кустарников, среди которых они живут. Насекомые палочники похожи на небольшую бурую или зелёную веточку, а прямокрылые насекомые имитируют лист. Плоское тело имеют рыбы, ведущие придонный образ жизни (напр., камбала).

Покровительственная окраска позволяет быть незаметным среди окружающего фона. Благодаря покровительственной окраске организм становится трудно различимым и, следовательно, защищенным от хищников. Яйца птиц, откладываемые на песок или на землю, имеют серый и бурый цвет с пятнышками, сходный с цветом окружающей почвы. В тех случаях, когда яйца недоступны для хищников, они обычно лишены окраски. Гусеницы бабочек часто зелёные, под цвет листьев, или тёмные, под цвет коры или земли. Донные рыбы обычно окрашены под цвет песчаного дна (скаты и камбалы). При этом камбалы обладают ещё способностью менять окраску в зависимости от цвета окружающего фона. Способность менять окраску путём перераспределения пигмента в покровах тела известна и у наземных животных (хамелеон). Животные пустынь, как правило, имеют желто-бурую или песочно-желтую окраску. Однотонная покровительственная окраска свойственна как насекомым (саранча) и мелким ящерицам, так и крупным копытным (антилопы) и хищникам (лев).

Если фон среды не остается постоянным в зависимости от сезона года, многие животные меняют окраску. Например, обитатели средних и высоких широт (песец, заяц, горностай, белая куропатка) зимой имеют белую окраску, что делает их незаметными на снегу.

Вариант покровительственной окраски - расчленяющая окраска в виде чередования на теле светлых и тёмных полос и пятен. Зебры и тигр плохо видны уже на расстоянии 40-50 метров из-за совпадения полос на теле с чередованием света и тени в окружающей местности. Расчленяющая окраска нарушает представления о контурах тела.

Предостерегающая (угрожающая) окраска предупреждает потенциального врага о наличии защитных механизмов (наличие ядовитых веществ или специальных органов защиты). Предостерегающая окраска выделяет из окружающей среды яркими пятнами или полосами ядовитых, жалящих животных и насекомых (змеи, осы, шмели).

Эффективность предостерегающей окраски послужила причиной очень интересного явления - подражания (мимикрии). Мимикрией называется сходство в окраске, форме тела безопасных животных с ядовитыми и опасными животными. Отдельные виды мух, не имеющие жала, похожи на жалящих шмелей и ос, неядовитые змеи - на ядовитых. Во всех случаях сходство чисто внешнее и направлено на формирование определенного зрительного впечатления у потенциальных врагов. Сейчас известны два основных вида мимикрии: мимикрия Бейтса и мимикрия Мюллера.

При мимикрии Бейтса модель хорошо защищена и обычно имеет яркую, предостерегающую окраску. При мимикрии Мюллера сходными оказываются два и более несъедобных вида: в результате их сходства хищник скорее отучается схватывать таких животных. Первый тип мимикрии можно сравнить с мелкой фирмой, подделывающейся под рекламу какой-то хорошо известной крупной фирмы. Второй тип сравним с несколькими фирмами, которые для экономии средств пользуются общей рекламой. Пример мимикрии Бейтса: часто под видом ос скрываются беззащитные мухи, формой тела и жёлто-чёрной окраской имитирующие ос (муха-сирфида и муха-большеголовка). Пример мимикрии Мюллера: некоторые виды бабочек капустных белянок похожи на несъедобных южноамериканских геликонид.

Мимикрия - это результат гомологичных (одинаковых) мутаций у разных видов, которые помогают выжить незащищённым животным. Для видов-подражателей важно, чтобы их численность была невелика по сравнению с моделью, которой они подражают, иначе у врагов не будет выработан устойчивый отрицательный рефлекс на предостерегающую окраску. Низкая численность мимикрирующих видов поддерживается высокой концентрацией летальных генов в генофонде. В гомозиготном состоянии эти гены вызывают летальные мутации, в результате чего высокий процент особей не доживает до половозрелого состояния.

Кроме защитной окраски, у животных и растений наблюдаются и другие средства защиты. У растений нередко образуются иглы и колючки, защищающие их от поедания травоядными животными (кактусы, шиповник, боярышник, облепиха и др.). Такую же роль играют ядовитые вещества, обжигающие волоски, например у крапивы. Кристаллы щавелевокислого кальция, накапливающиеся в шипах некоторых растений, предохраняют их от поедания гусеницами, улитками и даже грызунами. Образования в виде твёрдого хитинового покрова у членистоногих (жуки, крабы), раковин у моллюсков, чешуи у крокодилов, панциря у броненосцев и черепах хорошо защищают их от многих врагов. Этому же служат иглы у ежа и дикобраза. Все эти приспособления могли появиться лишь в результате естественного отбора, т.е. преимущественного выживания лучше защищенных особей.

Маскировка - приспособления, при которых форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Например, в тропических лесах многие змеи неразличимы среди лиан, лохматый морской конёк похож на водоросль, насекомые на коре деревьев похожи на лишайники (жуки, усачи, пауки, бабочки). Иногда приспособление к цвету и узору субстрата может осуществляться путём физиологического изменения окраски тела (каракатицы, скаты, камбалы, квакши) или переменой окраски при очередной линьке (кузнечики).

Защитное действие покровительственной окраски или формы тела повышается при сочетании её с соответствующим поведением. Приспособительное поведение - принятие определённых поз покоя (гусеницы некоторых насекомых в неподвижном состоянии очень похожи на сучок дерева; бабочка каллима со сложенными крыльями удивительно напоминает сухой лист дерева), либо, наоборот, демонстративное поведение, отпугивающее хищников. Помимо затаивания или демонстративного, отпугивающего поведения при приближении врага существует много других вариантов приспособительного поведения, обеспечивающего выживаемость взрослых особей или молоди. Сюда относится запасание корма на неблагоприятный сезон года. Особенно это присуще грызунам. Например, полёвка-экономка, распространённая в таёжной зоне, собирает зерна злаков, сухую траву, корешки - всего до 10 килограммов. Роющие грызуны (слепыши и др.) накапливают кусочки корней дуба, желуди, картофель, степной горошек - до 14 килограммов. Большая песчанка, живущая в пустынях Средней Азии, в начале лета срезает траву и затаскивает её в норы или оставляет на поверхности в виде стожков. Корм этот используется во второй половине лета, осенью и зимой. Речной бобр собирает обрубки деревьев, веток и пр., которые складывает в воду возле своего жилища. Склады эти могут достигать объёма 20 кубических метров. Запасы кормов делают и хищные животные. Норка и некоторые хорьки запасают лягушек, ужей, мелких зверьков и т.д. Примером приспособительного поведения служит и время наибольшей активности. В пустынях многие животные выходят на охоту ночью, когда спадает зной.

Физиологические адаптации - приобретение специфических особенностей обмена веществ в разных условиях среды. Они обеспечивают функциональные преимущества организма. Их условно разделяют на статические (постоянные физиологические параметры - температура, водно-солевой баланс, концентрация сахара и т.п.) и динамические (адаптации к колебаниям действия фактора - изменение температуры, влажности, освещенности, магнитного поля и т.п.).

Соответствующая форма и окраска тела, целесообразное поведение обеспечивают успех в борьбе за существование только тогда, когда эти признаки сочетаются с приспособленностью процессов жизнедеятельности к условиям обитания, т.е. с физиологической адаптацией. Без такой адаптации невозможно поддержание устойчивого обмена веществ в организме в постоянно колеблющихся условиях внешней среды. Приведем некоторые примеры.

Растения, живущие в полупустынных и пустынных районах, имеют многочисленные и разнообразные адаптации. Это и уходящий на десятки метров в глубь земли корень, извлекающий воду, и резкое уменьшение испарения воды благодаря особому строению кутикулы на листьях, и полная утрата листьев. У кактусов это преобразование особенно удивительно: преобразование стебля не только в орган, выполняющий опорную и проводящую функции, но и в структуру, запасающую воду и обеспечивающую фотосинтез. Крупные экземпляры кактусов накапливают до 2000 литров воды. Расходуется она медленно, так как клеточный сок содержит с органическими кислотами и сахарами также слизистые вещества, обладающие водоудерживающими свойствами. Стебли опунции даже после трёхмесячной засухи содержали почти 81% воды. Испарение воды значительно уменьшено благодаря ребристой структуре стеблей у кактусов, равномерно распределяющей свет и тень. Этому же способствует утолщение стенок эпидермиса, обычно покрытых слоем воска, наличие многочисленных колючек и волосков и многое другое.

У наземных амфибий большое количество воды теряется через кожу. Однако многие их виды проникают даже в пустыни и полупустыни. Выживание амфибий в условиях недостатка влаги в этих местах обитания обеспечивается целым рядом приспособлений. У них меняется характер активности: она приурочивается к периодам повышенной влажности. В умеренной зоне жабы и лягушки активны ночью и после выпадения дождей. В пустынях лягушки охотятся только ночью, когда влага конденсируется на почве и на растительности, а днем укрываются в норах грызунов. У пустынных видов амфибий, размножающихся во временных водоемах, личинки развиваются очень быстро и в сжатые сроки совершают метаморфоз.

Разнообразные механизмы физиологической адаптации к неблагоприятным условиям выработали птицы и млекопитающие. Многие пустынные животные перед наступлением засушливого сезона накапливают много жира: при его окислении образуется большое количество воды. Птицы и млекопитающие способны регулировать потери воды с поверхности дыхательных путей. Например, верблюд при лишении воды резко сокращает испарение как с дыхательных путей, так и через потовые железы.

У человека плохо регулируется солевой обмен, и поэтому он не может долго обходиться без пресной воды. Но рептилии и птицы, проводящие большую часть жизни в морских просторах и пьющие морскую воду, приобрели специальные железы, позволяющие им быстро избавляться от избытка солей.

Очень интересны приспособления, развивающиеся у ныряющих животных. Многие из них могут сравнительно долго обходиться без доступа кислорода. Например, тюлени ныряют на глубину 100-200 и даже 600 метров и находятся под водой 40-60 минут. Что позволяет ластоногим нырять на столь длительный срок? Это, прежде всего, большое количество особого пигмента, находящегося в мышцах, - миоглобина. Миоглобин способен связать в 10 раз больше кислорода, чем гемоглобин. Кроме того, в воде целый ряд приспособлений обеспечивает гораздо более экономное расходование кислорода, чем при дыхании на поверхности.

Путем естественного отбора возникают и совершенствуются приспособления, облегчающие поиск пищи или партнера для размножения. Поразительно чувствительны органы химического чувства насекомых. Самцов непарного шелкопряда привлекает запах ароматической железы самки с расстояния 3 километров. У некоторых бабочек чувствительность рецепторов вкуса в 1000 раз превосходит чувствительность рецепторов человеческого языка. Ночные хищники, например, совы, превосходно видят в условиях слабого освещения. У некоторых змей хорошо развита способность к термолокации. Они различают на расстоянии объекты, если разница их температур составляет всего 0,2°С. Многие животные прекрасно ориентируются в пространстве с помощью эхолокации (летучие мыши, совы, дельфины).

Биохимические адаптации обеспечивают оптимальное течение биохимических реакций в клетке, например, упорядочение ферментативного катализа, специфическое связывание газов дыхательными пигментами, синтез нужных веществ в определенных условиях и т.п.

Этологические адаптации представляют собой все поведенческие реакции, направленные на выживание отдельных особей и, следовательно, вида в целом. Такими реакциями являются:

поведение при поиске пищи и полового партнера,

спаривание,

выкармливание потомства,

избегание опасности и защита жизни в случае угрозы,

агрессия и угрожающие позы,

незлобивость и многие другие.

Некоторые поведенческие реакции наследуются (инстинкты), другие приобретаются в течение жизни (условные рефлексы). У различных организмов соотношение инстинктивного и условно-рефлекторного поведения неодинаково. Например, у беспозвоночных и низших хордовых преобладает инстинктивное поведение, а у высших млекопитающих (приматов, хищных) - условно-рефлекторное. Высший уровень поведенческой адаптивности, основанный на механизмах высшей нервной деятельности, имеется у человека.

Особенно большое значение имеют приспособления, обеспечивающие защиту потомства от врагов.

Видовые адаптации обнаруживаются при анализе группы особей одного вида, по своему проявлению они весьма разнообразны. Основными из них являются различные конгруэнции, уровень мутабельности, внутривидовой полиморфизм, уровень численности и оптимальная плотность населения.

Конгруэнции представляют собой все морфофизиологические и поведенческие особенности, которые способствуют существованию вида как целостной системы. Репродуктивные конгруэнции обеспечивают размножение. Некоторые из них непосредственно связаны с репродукцией (соответствие половых органов, приспособления к вскармливанию и др.), тогда как другие лишь опосредованно (различные сигнальные признаки: зрительные - брачный наряд, ритуальное поведение; звуковые - пение птиц, рев самца оленя во время гона и др.; химическими - различные аттрактанты, например, феромоны насекомых, выделения у парнокопытных, кошачьих, собачьих и др.).

К конгруэнциям относят все формы внутривидовой кооперации, - конституциональной, трофической и репродуктивной. Конституциональная кооперация выражается в согласованных действиях организмов в неблагоприятных условиях, которые повышают шансы на выживание. Зимой пчелы собираются в шар, и выделяемое ими тепло расходуется на совместное согревание. При этом самая высокая температура будет в центре шара и особи с периферии (где холоднее) будут постоянно стремиться туда. Таким образом происходит постоянное перемещение насекомых и они совместными усилиями благополучно перезимуют. Также сбиваются в тесную группу пингвины во время насиживания, овцы в холодное время и др.

Трофическая кооперация состоит в объединении организмов с целью добывания пищи. Совместная деятельность в этом направлении делает процесс более продуктивным. Например, стая волков гораздо эффективнее охотится, нежели отдельная особь. При этом у многих видов имеет место разделение обязанностей - одни особи отделяют выбранную жертву от основного стада и гонят ее в засаду, где затаились их сородичи и т.д. У растений подобная кооперация выражается в совместном затенении почвы, что способствует удержанию в ней влаги.

Репродуктивная кооперация повышает успешность размножения и способствует выживанию потомства. У многих птиц особи собираются на токовищах, и в таких условиях облегчается поиск потенциального партнера. То же самое происходит на нерестилищах, лежбищах ластоногих и др. Вероятность опыления у растений повышается, когда они растут группами и расстояние между отдельными особями невелико.

Мутабельность - представляет собой частоту возникновения мутаций в единицу времени (количество поколений) и на один ген. Для каждого вида характерна своя частота, которая определяется уровнем стабильности генетического материала и устойчивостью к мутагенам. Мутации делают популяции гетероморфными и дают материал для осуществления отбора. Для вида опасна как чрезмерно высокая, так и недостаточная мутабильность. В первом случае возникает угроза целостности вида, а во втором - невозможно осуществляться отбору.

Внутривидовой полиморфизм обусловливает уникальность сочетания аллелей у разных особей. Причиной полиморфизма служат половое размножение, которое обеспечивает комбинативную изменчивость, и мутации, изменяющие субстрат наследственности. Поддержание внутривидового полиморфизма обеспечивает устойчивость вида и гарантирует его существование в различных условиях среды.

Уровень численности определяет крайние значения количества особей вида. Снижение численности ниже порогового уровня ведет к гибели вида. Это связано с невозможностью встречи партнеров, нарушением внутривидовых адаптации и др. Чрезмерное увеличение численности также губительно, поскольку подрывает кормовую базу, способствует накоплению в популяции больных и ослабленных особей, у некоторых это приводит к развитию стресса.

Оптимальная плотность населения показывает специфические для каждого вида особенности сосуществования особей. Многие организмы предпочитают одиночный образ жизни и встречаются лишь для спаривания. Так ведут себя, например, тигры, леопарды, самцы слонов и др. У других сильно выражен инстинкт коллективности, поэтому они нуждаются в высокой численности. Например, самые многочисленные группы среди позвоночных образовывали американские странствующие голуби, стаи которых насчитывали миллиарды (!) особей. После того как человеком была подорвана их численность, странствующие голуби перестали размножаться и вид исчез.

1.2 Относительная целесообразность приспособлений (адаптаций)

Наличие разнообразных адаптаций к условиям жизни, зачастую экстремальным, - основа, позволяющая видам занять самые трудно доступные и неожиданные места обитания. Жизнь распространена повсеместно: от высоких широт Арктики, где обитают белые медведи, до охладительных контуров ядерных реакторов, где обитают некоторые виды микроорганизмов; от горных вершин, где встречаются лишайники, и до глубин океана, где обитают рыбы и другие животные. Каждый организм имеет множество различных адаптаций, но тем не менее представляет собой единое целое. Следовательно, у представителей любого вида осуществляется координация и взаимодействие адаптаций так, чтобы приспособленность организмов была максимальной.

Ни одна адаптация не является абсолютно идеальной. Некоторые из них достигают своего предела, например, глаз человека способен воспринимать отдельные фотоны (при соблюдении всех условий можно видеть пламя свечи на расстоянии двух км!), но в обычной жизни эта возможность не может быть достигнута, поскольку мешает атмосферная пыль, другие источники света, да и потребности такой у человека нет. Следовательно, такие адаптации (они называются абсолютными) не используются в полной мере. Однако большинство адаптации не достигает своего предельного значения (относительные адаптации).

Адаптации не бывают универсальными - каждая из них облегчает выполнение лишь определенной функции. Например, длинные крылья стрижа, позволяющие ему быстро летать, затрудняют взлет с ровной поверхности. Есть птицы, которые поедают ос и пчел, а также мух, мимикрирующих под них. Постоянный рост резцов у грызунов дает возможность грызть очень твердые предметы, однако если их не стачивать, отрастают так, что животное не может закрыть рот. Поэтому любой адаптивный признак оказывается целесообразным лишь в определенной среде. При резком изменении условий обитания чрезмерно развитые признаки могут оказаться нецелесообразными и принести вред организму. Поэтому после глобальных экологических катастроф преимущественно погибают высокоспециализированные виды (например, динозавры в меловом периоде палеозойской эры). То же самое происходит при отрицательном действии биотических факторов, например, гигантский торфяной олень был полностью уничтожен хищниками из-за своих огромных рогов, сделавших его малоподвижным.

Следует помнить, что все приспособления, сколь бы совершенными они не были, носят относительный характер. Дело в том, что естественный отбор есть результат переживания и более эффективного размножения в данном месте и в данное время. Значит, естественный отбор конкретен, т.е. обеспечивает развитие приспособлений к существующим, а не ко всем возможным условиям среды. Понятно, что развитие способности к полету не очень хорошо совмещается с возможностью быстро бегать. Поэтому птицы, обладающие наилучшими способностями к полету, плохие бегуны. Напротив, страусы, которые не способны летать, прекрасно бегают. Приспособление к определенным условиям может быть бесполезно или даже вредно при появлении новых условий. Однако условия обитания меняются постоянно и иногда очень резко. В этих случаях накопленные ранее адаптации могут затруднить формирование новых, что может вести к вымиранию больших групп организмов, как это случилось более 60-70 миллионов лет назад с некогда очень многочисленными и разнообразными динозаврами.

Восторгаясь адаптацией видов к условиям существования, мы часто приходим к неверному заключению о том, что каждая черта строения и функционирования организма имеет существенное адаптивное значение. В действительности дело обстоит не так. Одна из причин этого состоит в целостности организма и плейотропном действии генов. Пусть в данных условиях преимущество получают организмы с ферментной системой, обеспечивающей детоксикацию ядовитых веществ в среде путем их превращения в нерастворимый пигмент. Приспособленность организмов к условиям среды возрастет, однако изменение окраски может не иметь к этому никакого отношения. Хотя в других условиях, как видно в примере с индустриальным меланизмом, окраска бабочек имеет принципиальное значение для выживания вида.

Рассмотрим другой пример: у носорогов Юго-Восточной Азии один рог, а у их африканских родственников два. Нет оснований думать, что это морфологическое различие у носорогов имеет принципиальное значение для адаптации одних в Азии, а других в Африке. Наиболее вероятно, что это "побочный" результат естественного отбора двух исходно различающихся генетических систем. Возникает вопрос: означает ли это, что в последующей эволюции виду легко "расстаться" с признаком, не имеющим прямого адаптивного значения? Как ни странно, сделать это, по-видимому, сложно. Можно прибегнуть к аналогии. Большое ли значение имеет для здания цвет одного кирпича в основании? По-видимому, нет, однако извлечь такой кирпич не просто. Обратимся к эксперименту с дрозофилой - в ряду поколений был проведен отбор на изменение числа щетинок на брюшной поверхности четвертого и пятого сегментов. В исходной линии число щетинок составляло в среднем 36. Попытки отобрать мух с меньшим числом щетинок были малоуспешными - такие особи гибли либо оказывались стерильными. Отбор на увеличение числа щетинок оказался более успешным - за 20 поколений удалось увеличить число щетинок до 56, однако в результате такого отбора стала сильно проявляться стерильность и после прекращения отбора число щетинок за 1-2 поколения стало почти равным исходному - 39. Один из важных выводов, который следует сделать, состоит в том, что существует немало признаков, не имеющих большого адаптивного значения, их появление в значительной мере случайно, однако они тесно увязаны в, единую систему фенотипа организма.

Суммируя, следует подчеркнуть, что формирование адаптации - сложный результат взаимодействия факторов эволюционного процесса, где направляющую роль играет естественный отбор, который связует требования среды со структурой генотипа и фенотипа организмов.

2. Общее описание механизма биологической адаптации

До развития генетики в первой половине XX века среди биологов не было единодушия в плане ответа на вопрос: что же является основной движущей силой приспособлений организмов к условиям окружающей среды? На этот счет существовало более десятка гипотез.

В середине XX века была создана синтетическая теория эволюции (неодарвинизм), которая соединила генетику с учением Чарльза Дарвина о естественном отборе и быстро стала господствующей парадигмой в биологии, коей остается доныне. Согласно этой концепции, механизм адаптации представляется следующим.

1. В процессе жизнедеятельности организмов на их субклеточном уровне постоянно происходят мутации - случайные изменения наследственных структур живой материи, ответственных за хранение информации (участков молекул ДНК, которые входят в состав генов, которые в свою очередь составляют хромосомы, находящиеся в ядре клеток). Эти изменения могут либо быть скрытыми в генотипе организма, либо практически сразу же проявиться в виде какого-либо нового внешнего признака или нормы реакции, т.е. в фенотипе особи. Чаще всего первоначально новый признак является нейтральным; вред или польза от него для существования организма носит случайный характер.

2. В случае выживания мутировавшего организма новое свойство в результате скрещивания потомков в течение нескольких поколений распространяется по популяции и сохраняется в ней в составе "мобилизационного резерва" до той поры, пока оно не будет подхвачено действием естественного отбора.

3. При изменениях окружающей среды ответные реакции каждого организма происходят в пределах нормы, заданной на генетическом уровне. Здесь может проявиться скрытый доселе в "мобилизационном резерве" новоприобретенный признак. В том случае, если этот признак способствует выживанию, у его носителей повышаются шансы выжить и оставить потомство, если препятствует - его носители погибают, не оставив потомства.

4. В результате действия естественного отбора выживают и оставляют потомство наиболее приспособленные организмы (т.е. обладающие более адекватной нормой реакции) и отсеиваются наименее приспособленные. Каждое последующее поколение, таким образом, является более приспособленным к условиям существования, чем предыдущее, и новое свойство закрепляется на уровне популяции и вида. Если новые (мутировавшие) организмы сильно отличаются от тех, которые существовали до появления мутации, образуются новые виды, роды, семейства, отряды, классы и даже типы. При этом новый вид может параллельно существовать со старым, если оба вида будут занимать разные экологические ниши и между ними образуются репродуктивные барьеры - условия, исключающие скрещивание особей.

3. Общие закономерности биологической адаптации

Как уже упоминалось выше, в биологической науке до сих пор не создано общей теории адаптации. Между тем в источниках по этой теме можно найти следующие закономерности, связанные с данным многообразным явлением.

1. Чем сложнее организм, тем более сложные системы адаптации он использует. Наблюдается эволюционное развитие от латентаций через конформации к регуляциям и компенсациям.

2. Адаптация - фазный процесс. В случае резких изменений внешних условий адаптация включает следующие последовательные фазы:

фаза немедленного ответа, в течение которой рецепторы фиксируют изменения внешних или внутренних параметров, нервная и/или гуморальная система передает сигнал всему организму или его части, затем происходит относительно быстрое изменение внутренних параметров организма (связанное, если необходимо, с изменением активности ферментов, активацией и репрессией генов);

фаза стабилизации - относительно медленное движение к новому состоянию. Обычно носит колебательный характер - т.е. затухающие колебания вокруг нового уровня;

фаза нового устойчивого состояния - продолжение существования на новом уровне (который при латентациях и конформациях обычно не совпадает, а при регуляциях и компенсациях - совпадает или близок к доадаптационному уровню).

Между 2-й и 3-й фазами иногда выделяют еще одну-две - фазы перестройки адаптационных механизмов (смена "пожарной" системы быстрого реагирования на систему "обдуманной реакции"), и фазу включения новых механизмов. Иногда именно в данной точке организм обладает наименьшей сопротивляемостью и, соответственно, наиболее уязвим.

3. Поскольку адаптивные реакции (как и всякие другие) для своего осуществления требуют определенных, часто значительных, затрат энергии, в более выгодном положении (в эволюционном плане) будут те системы, которые осуществляют адаптацию с наименьшими затратами энергии. Например, высшие организмы, имеющие высокоразвитую систему адаптаций, обеспечивают поддержание численности вида, стабильность и надежность своего места в экологических системах с относительно небольшими энергетическими затратами, выражающимися в низком темпе размножения, невысокой плодовитости и т.п. Низшие организмы с более примитивными адаптивными системами имеют более высокий темп размножения и высокую плодовитость, что связано с периодическим отмиранием огромного большинства особей их популяций и более высокими энергетическими затратами.

4. Приспособление организмов к существующим условиям, как правило, происходит сначала на наиболее высоком уровне - уровне всего организма (или даже его надсистем); подсистемы при этом будут являться "резервом прочности" для него. Иначе говоря, организму чаще всего бывает проще "убежать" от воздействия, чем адаптироваться к условиям, которые настанут в том случае, если избежать воздействия не удастся. Упоминание о данной закономерности было встречено в литературе по отношению к биохимическому уровню (т.е. адаптационным изменениям на уровне макромолекул); в более общей форме ("чем на более низкий уровень организации мы переведем наши исследования, тем с более устойчивыми, константными признаками биологических систем будем иметь дело") оно названо "мнением" и то только в одной из статей, имеющих общий характер.

адаптация фаза живая система

Список используемой литературы

1. Агаджанян Н.А., Труханов А.И., Шендеров Б.А. Этюды об адаптации и путях сохранения здоровья. - М.: изд-во "Сирин", - 2002. - 156 с.

2. Акофф Р., Эмерли Ф. О целеустремленных системах. - М.: Советское радио, 1974. - 272 с.

3. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. - М.: Медицина, ?1975. - 477 с.

4. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. - М.: Наука, ?1980. - 197 с.

5. Аршавский И.А. Физиологические механизмы и закономерности индивидуального развития. М.: Наука, - 1982.270 с.

6. Аршавский И.А. Некоторые методологические и теоретические аспекты анализа закономерностей индивидуального развития организмов // Вопросы философии. - № 11. - 1986. - С.95-104.

7. Бернар Кл. Лекции по экспериментальной патологии // Пер.Д.Е. Жуковского. М.; Л., 1937, с.312-374.

8. Бородюк Н.Р. Адаптация. Новое в приспособлении к окружающей среде. М.: "Глобус", 1998. - 88 с.

9. Воробьёв Р.И. Медицина по Дарвину // Химия и жизнь. - № 2. - 2001. - с.44-48.

10. Гартман Франц Жизнь Парацельса и сущность его учения/Пер. с англ. - М.: Алетейа, 2002. - 272с

11. Дербенёва Л.М. Интимная жизнь стресса // Химия и жизнь. - № 7. - 1999 г. - С.54-57.

12. Калайков И. Цивилизация и адаптация, М.: "Прогресс", 1984.

13. Кассиль Г.Н. Внутренняя среда организма М.: Наука, 1983. - 227 с.

14. Козинец Г.И., Погорелов В.М. Консерватизм биологических процессов - стабильность кроветворения Клиническая лабораторная диагностика № 12, 1988. - С.21-32.

15. Малов Ю.С. Адаптация и здоровье. Клиническая медицина № 12. - 2001. - С.61-63.

16. Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г. Адаптация к стрессовым ситуациям и физическим нагрузкам. - М.: Медицина, 1988. - 256 с.

17. Монтень Мишель, Опыты. Книга третья. Изд-во "Наука". - Москва. - 1981. - 535 с.

18. Сапов И.А., Новиков В.С. Неспецифические механизмы адаптации человека. - Л.: Наука, 1984. - 146 с.

19. Светуньков С.Г. Количественные методы прогнозирования эволюционных составляющих экономической динамики. - Ульяновск: Изд-во Ульяновского государственного университета, 1999. - 177 с.

20. Северцов А.С. Теория эволюции. - М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2005. - 380с

21. Скулачев В.П. Эволюция биологических механизмов запасания энергии // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 5. С.11-19.

22. Урманцев Ю.А. Природа адаптации (системная экспликация) // "Вопросы философии". - 1998. - № 12.

23. Философские проблемы адаптации Под ред.Г.И. Царегородцева. М., "Мысль", 1975 277 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Понятие среды обитания. Ее экологические факторы: абиотические, биотические, антропогенные. Закономерности их воздействия на функции живых организмов. Приспособление растений и животных к изменению температуры. Основные пути температурных адаптаций.

    реферат [67,4 K], добавлен 11.03.2015

  • Современная синтетическая классификация экологических факторов на принципах А.С. Мончадского. Понятие и механизмы адаптации, ее закономерности и значение. Учение В.Н. Сукачева о биогеоценозах. Сукцессии: автогенные и аллогенные, первичные и вторичные.

    контрольная работа [364,3 K], добавлен 16.12.2011

  • Сравнительная характеристика сред обитания и адаптаций к ним организмов. Условия обитания организмов воздушной и водной среды. Понятие и классификация экологических факторов, законы их действия (закон оптимума, минимума, взаимозаменяемости факторов).

    презентация [6,8 M], добавлен 06.06.2017

  • Ознакомление с особенностями трофических уровней в экосистеме. Рассмотрение основ передачи вещества и энергии по цепи питания, выедания и разложения. Анализ правила пирамиды биологической продукции - закономерности создания биомассы в цепях питания.

    презентация [1,2 M], добавлен 21.01.2015

  • Биологические и социальные аспекты адаптации населения к условиям жизни. Адаптация человека к воздействиям факторов окружающей среды. Адаптация к профессиональной деятельности врача, как разновидность социальной адаптации индивида к условиям жизни.

    реферат [59,6 K], добавлен 24.12.2012

  • Проблема глобального потепления как одна из самых важных проблем выживания человечества. Особенности адаптации человека к условиям жаркого климата на примере жителей жарких стран. Разработка стратегий адаптации, деятельность РФ в данном направлении.

    реферат [461,3 K], добавлен 13.12.2010

  • Особенности адаптаций организма человека к техногенным факторам современного города. Непосредственные и отдаленные изменения организма человека под действием внешних факторов. Эндоэкологический "дефолт" клеток организма. Аттестат и мониторинг здоровья.

    реферат [39,9 K], добавлен 18.01.2012

  • Описание схемы отбелки целлюлозы. Изучение роли остаточного пероксида водорода в повышении эффективности биологической очистки сточных вод. Проведение кислотно-пероксидной делигнификации. Определение остаточного пероксида водорода в фильтратах отбелки.

    дипломная работа [2,9 M], добавлен 27.07.2015

  • Анализ полной биологической очистки хозяйственно–бытовых сточных вод поселка городского типа. Технологическая схема биологической очистки стоков и ее описание. Расчет аэротенка-вытеснителя с регенератором, технологической схемы очистки сточных вод.

    дипломная работа [1,1 M], добавлен 19.12.2010

  • Роль остаточного пероксида водорода в повышении эффективности биологической очистки сточных вод. Методика определения белизны целлюлозы, химического потребления кислорода, прочности на разрыв, сопротивления раздиранию, определения глубины делигнификации.

    дипломная работа [3,0 M], добавлен 11.07.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.