Адаптація організмів до середовища проживання -
як основа широкої дивергенції видів
Адаптація виникає в процесі еволюції для вирішення організмом екологічних завдань, що пред'являються середовищем існування. Вони є постійно змінюваних, досконалішим, іноді зникаючим пристосуванням організмів до конкретних факторів середовища. В результаті вироблення адаптації досягається стан адаптованості (або відповідності морфології, фізіології, поведінки організмів) займаним ними екологічних нішах, які представляють собою всю сукупність умов середовища і способу життя даного організму. Т.ч. адаптацію можна вважати широкої основою для виникнення або зникнення органів, дивергенції (розбіжності) видів, утворення нових популяцій і видів і ускладнення організації.
Процес вироблення адаптації відбувається постійно і в нього залучаються багато ознак організму [показати].
Еволюція птахів від рептилій включала, наприклад, послідовні зміни кісток, м'язів, покривів, кінцівок.
Збільшення грудини, перебудова гістологічної структури кісток, придавшая їм поряд з міцністю легкість, розвиток оперення, що зумовило кращі аеродинамічні властивості і терморегуляцію, перетворення пари кінцівок в крила, забезпечило вирішення проблеми польоту.
У деяких представників птахів згодом розвинулися пристосування до наземного або водного способу життя (страус, пінгвін), при цьому вторинні адаптації захопили також ряд ознак. Пінгвіни, наприклад, змінили крила на плавники, а їх покрoви стали водонепроникними.
Однак пристосування утворюється тільки при наявності в генофонді виду спадкової інформації, що сприяє зміні структур і функцій в потрібному напрямку. Так, ссавці і комахи використовують для дихання, відповідно, легкі і трахеї, які розвиваються з різних зачатків під контролем різних генів.
До адаптації іноді призводить нова мутація, яка, включившись в систему генотипу, змінює фенотип в напрямку більш ефективного вирішення екологічних завдань. Цей шлях виникнення адаптації називається комбинативного.
Для вирішення однієї екологічної завдання можуть бути використані різні адаптації. Так, засобом термоізоляції у ведмедів, песців служить густе хутро, а у китоподібних - жирової підшкірний шар.
Є кілька класифікацій адаптації.
За механізмом дії виділяють
Пристосування пасивного захисту- захисне забарвлення. Завдяки протекційною забарвленні організм стає важко помітним і, отже, захищеним від хижаків.
- Яйця птахів, що відкладаються на пісок або на землю, мають сірий і бурий колір з цятками, схожий з кольором навколишнього грунту. У тих випадках, коли яйця недоступні для хижаків, вони зазвичай позбавлені забарвлення.
- Гусениці метеликів часто зелені, під колір листя, або темні, під колір кори або землі.
- Донні риби зазвичай забарвлені під колір піщаного дна (скати і камбали). При цьому камбали мають ще здатністю змінювати забарвлення залежно від кольору навколишнього фону
- Здатність змінювати забарвлення шляхом перерозподілу пігменту в покривах тіла відома і у наземних тварин (хамелеон).
- Тварини пустель, як правило, мають жовто-буру або пісочно-жовте забарвлення.
- Однотонна захисне забарвлення властива як комах (сарана) і дрібним ящірок, так і великим копитним (антилопи) і хижакам (лев).
- Розчленовує захисне забарвлення у вигляді чергування на тілі світлих і темних смуг і плям. Зебри і тигр погано видно вже на відстані 50-40 м через збіг смуг на тілі з чергуванням світла і тіні в навколишньої місцевості. Забарвлення, що розчленовує порушує уявлення про контури тіла.
- відлякує (застерігає) забарвлення - також забезпечує захист організмів від ворогів.
Яскраве забарвлення зазвичай характерна для отруйних тварин і попереджає хижаків про неїстівності об'єкта їх нападу. Ефективність застерігає забарвлення послужила причиною дуже цікавого явища-наслідування - мімікрії [показати].
Мімікрією називається схожість беззахисного і їстівного вигляду з одним або декількома несумісними видами, добре захищеними і володіють застерігає забарвленням. Явище мімікрії поширено у метеликів та інших комах. Багато комахи імітують жалких комах. Відомі жуки, мухи, метелики, що копіюють ос, бджіл, джмелів.
Мімікрія зустрічається і у хребетних тварин - змій. У всіх випадках схожість чисто зовнішня і направлено на формування певного зорового враження у потенційних ворогів.
Для видів-наслідувачів важливо, щоб їх чисельність була невелика в порівнянні з моделлю, якої вони наслідують, інакше у врага не буде вироблений стійкий негативний рефлекс на застережний забарвлення. Низька чисельність мімікрують видів підтримується високою концентрацією летальних генів в генофонді.
- схожість форми тіла з навколишнім середовищем - відомі жуки, що нагадують лишайники, цикади, подібні до шипами тих чагарників, серед яких вони живуть. Комахи-палочники схожі на невелику буру або зелену гілочку. Захисна дія протекційного забарвлення або форми тіла підвищується при поєднанні її з відповідною поведінкою. Наприклад, гусениці п'ядунів в захисній позі схожі з гілкою рослини. Відбір знищує особин, поведінка яких демаскує їх.
- висока плодючість
- інші засоби пасивного захисту
- Розвиток колючок і голок у рослин захищає їх від поїдання травоїдними тваринами
- Таку ж роль грають отруйні речовини, обпалюють волоски (кропива).
- Кристали щавлевокислого кальцію, що утворюються в клітинах деяких рослин, захищають їх від поїдання гусеницями, равликами і навіть гризунами.
- Освіти у вигляді твердого хітинового покриву у членистоногих (жуки, краби), раковин у молюсків, луски у крокодилів, панцира у броненосців і черепах добре охороняють їх від багатьох ворогів. Цьому ж служать голки їжака і дикобраза.
пошуку їжі або партнера для розмноження
- вдосконалення апарату руху, нервової системи, органів почуттів, розвиток засобів нападу у хижих
Вражаюче чутливі органи хімічного почуття комах. Самців непарного шовкопряда привертає запах ароматичної залози самки з відстані 3 км. У деяких метеликів чутливість рецепторів смаку в 1000 разів перевершує чутливість рецепторів людського мови. Нічні хижаки, наприклад сови, прекрасно бачать у темряві. У деяких змій добре розвинена здатність до термолокаціі. Вони розрізняють на відстані об'єкти, якщо різниця їх температур становить всього 0,2 ° С.
Пристосування до суспільного способу життя - поділ "праці" у бджіл.
Пристосування до співжиття з іншими організмами - симбіоз, паразитизм.
Залежно від характеру зміни- адаптації з усложеніе морфофизиологической організації - вихід кистеперих риб на сушу в девоні, що дозволило їм дати початок наземним хребетним
Для кистеперих риб кінцівки служили для повзання по дну водойм. Заковтування повітря і використання кисню за допомогою випинання стінки кишки - примітивних легких - надавало можливість компенсувати дефіцит кисню в водоймах того часу. Ці структури дозволили деяким рибам залишати на час водойми. Спочатку такі виходи відбувалися, мабуть, в дощові дні або вологі ночі. Саме так робить в даний час американський сомик-кішка (Ictalurus nebulosis). Згодом ці структури розвинулися в легені і кінцівки наземних тварин. Надалі вся організація риб зазнала глибокі зміни в процесі пристосування до життя на суші.
Такі зміни при освоєнні нового середовища існування, розширюють коло функцій на основі структур, раніше виконували інші функції, але змінилися в такому напрямку і до такої міри, що змогли взяти на себе нові функції - називається преадаптація.
Явище преадаптаціі зайвий раз підкреслює пристосувальний характер еволюції, заснованої на відборі корисних спадкових змін і прогресивних перетворень існуючих структур в процесі освоєння нових умов середовища.- спеціалізовані адаптації. За допомогою спеціалізованих адаптації організм вирішує конкретні завдання в вузьколокальних умовах життя виду. Наприклад, особливості будови мови муравьеда забезпечують харчування мурахами.
- загальні адаптації - дозволяють вирішувати багато завдань в широкому спектрі умов середовища. До них відносяться внутрішній скелет хребетних і зовнішній членистоногих, гемоглобін як переносник кисню та ін. Такі адаптації сприяють освоєнню різноманітних екологічних ніш, забезпечують значну екологічну та еволюційну пластичність і виявляються у представників великих таксонів організмів. Так, первинний роговий покрив предкової форм рептилій в процесі історичного розвитку дав покриви сучасних рептилій, птахів, ссавців. Масштаб пристосування виявляється в ході еволюції тієї групи організмів, у якій воно виникло вперше.
Таким чином, будова живих організмів дуже тонко пристосоване до умов існування. Будь-видовий ознака або властивість носить пристосувальний характер і доцільний в даному середовищі, в даних життєвих умовах.
Відносність і доцільність пристосованості організмів
Адаптації виникають у відповідь на конкретну екологічну завдання, тому вони завжди відносні і доцільні. Відносність адаптації полягає в обмеженості їх пристосувального значення певними умовами проживання. Так, пристосувальна цінність пигментированности метеликів березових п'ядунів в порівнянні зі світлими формами очевидна лише на закопчених стовбурах дерев.
При зміні умов середовища адаптації можуть виявитися марними або навіть шкідливими для організму. Постійне зростання різців гризунів - дуже важлива особливість, але лише при харчуванні твердою їжею. Якщо щура тримати на м'якій їжі, різці, і він не зноситься, виростають до таких розмірів, що харчування стає неможливим.
Жоден з пристосувальних ознак не забезпечує абсолютної безпеки для їхніх власників. Завдяки мімікрії більшість птахів не чіпає ос і бджіл, однак серед них є види, які їдять і ос, і бджіл, і їх наслідувачів. Їжак і птах-секретар без шкоди поїдають отруйних змій. Панцир наземних черепах надійно захищає їх від ворогів, але хижі птахи піднімають їх в повітря і розбивають об землю.
Біологічна доцільність організації живих істот проявляється в гармонії між морфологією, фізіологією, поведінкою організмів різних видів і середовищем їхнього життя. Вона полягає також в дивовижній узгодженості будови і функцій окремих частин і систем самого організму. Прихильники теологічного пояснення походження життя бачили в біологічній доцільності прояв мудрості творця природи. Телеологічне пояснення біологічної доцільності виходить із принципу "кінцевої мети", згідно з яким життя розвивається направлено в силу внутрішньо властивого прагнення до певної мети. З часів Ж. Б. Ламарка існують гіпотези, що зв'язують біологічну доцільність з принципом адекватної відповіді організмів на зміни в зовнішніх умовах і спадкуванням таких "набутих ознак". Переконливим аргументом на користь доцільності змін під впливом середовища довго визнавався факт "звикання" мікроорганізмів до лікарських препаратів, - сульфаніламідам, антибіотиків. Досвід В. і Е. Ледербергом показав, що це не так.
У чашці Петрі на поверхні твердої живильного середовища мікроб утворює колонії (1). Спеціальним штампом (2) відбиток всіх колоній перенесли на середу зі смертельною дозою антибіотика (3). Якщо в цих умовах виростала хоч одна колонія, то вона відбувалася від колонії мікробів, також стійких до даного препарату. На відміну від інших колоній першої чашки Петрі (4) вона давала зростання в пробірці з антибіотиком (5). Якщо число вихідних колоній було велике, то серед них, як правило, перебувала і стійка. Таким чином, мова йде не про направленому пристосуванні мікроба, а про стан преадаптаціі, яке обумовлено наявністю в геномі мікроорганізму алелі, що блокує дію антибіотика. В одних випадках "стійкі" мікроби синтезують фермент, що руйнує лікарська речовина, в інших - стінка клітини стає непроникною для препарату.
Появі штамів мікроорганізмів, стійких до лікарських препаратів, сприяє неправильна тактика лікарів, які, бажаючи уникнути побічних ефектів, призначають низькі, сублетальні дози ліків. Також можна пояснити появу форм, резистентних до отрут, серед комах і ссавців - серед мутантних організмів знаходиться стійка форма, яка піддається позитивному відбору в умовах дії отруйної речовини. Наприклад, стійкість щурів до варфарину, використовуваному для їх знищення, залежить від присутності в генотипі певного домінантного алеля.
Можливість "прямого пристосування" організмів до середовища проживання, "переробки природи шляхом асиміляції умов" затверджувалася деякими біологами ще в 40-50-ті роки нинішнього століття. Точки зору, наведені вище, відповідають ідеалістичним поглядам, і не можуть пояснити біологічну доцільність без залучення ідеї якщо не бога, то спеціальної мети або програми розвитку життя, що існували ще до її виникнення.
Поява будь-яких адаптації та біологічної доцільності в цілому пояснюється роботою в природі протягом більш ніж 3,5 млрд. Років природного відбору. З безлічі випадкових відхилень він зберігає і накопичує спадкові зміни, які мають пристосувальну цінність. Це пояснення дозволяє зрозуміти, чому біологічна доцільність, якщо її розглядати в просторі і часі, є відносним властивістю живих істот і чому в конкретних умовах проживання окремі пристосування досягають лише тій мірі розвитку, яка достатня для виживання в порівнянні з пристроями конкурентів.