Приспособленность организмов к среде обитания неразрывно связана с их жизне-способностью , способностью к конкуренции (конкурентоспособностью ) и оставлению нормаль-ного потомства .
Жизнеспособность
Животные
Растения
Окраска тела бабочек
Кошка и ее дикие родственни-ки (тигр, леопард) охотятся из засады, скрадывая добычу. Все кошачьи следят за собой и выли-зывают шерсть, чтобы не было запаха. Ведь жертвы не должны почуять хищника. Охотится кошка чаще всего в темноте, ведь, притаившись, в это время она становится незаметнее. Поэтому все кошачьи в темноте хорошо видят. Кошка — одиночный зверь , она «гуляет сама по себе»; по-этому этих животных трудно дрессировать.
Совсем иное дело — собака. Собачьи родственники (волки, шака-лы) в большинстве своем охотятся стаей, поэтому они очень ком-панейские и легко привыкают слушаться своего вожака. Собаку можно дрессировать, и она становится очень послушной. Собаки вылизывают себя очень редко и пахнут псиной — ведь эти животные не сидят в засаде. Чтобы найти добычу, собака и ее родствен-ники используют острое чутье. Оно у собак превосходное, эти жи-вотные могут долго идти по следу.
Эволюционный процесс подразумевает постоянные обновления, возникновения полезных признаков, их закрепление в организмах живых существ. И эти изменения не обязательно проявляются на генетическом уровне. Очень важны идиоадаптации - приспособления животных, растений и микроорганизмов к конкретным условиям обитания, факторам среды и физическим характеристикам ареала.
Механизм возникновения приспособлений - глубокий эволюционный процесс, формирующий нужные признаки с течением времени, постепенно. Закрепляющий необходимые характеристики в геноме живых существ для проявления в будущих поколениях.
Адаптации, или приспособления организмов
Очень часто можно встретить организм растительного или животного происхождения, который имеет какую-нибудь необычную особенность в строении, поведении или внешнем облике. Например, палочники, которые по наружности нисколько не отличаются от веточки дерева. Или муха-журчалка, которая имеет точно такую же окраску, как оса. Среди растений примерами могут служить толстостебельные мясистые кактусы, ходульные и воздушные корни, корни-подпорки.
В любом случае все это - приспособления к среде обитания, условиям окружающей среды или защита себя от других существ. Такие явления имеют очень важное значение, поскольку являются важными этапами эволюционного процесса. Механизм возникновения приспособлений всегда имеет в своей основе именно генетические выборки и закрепления важных и нужных генов, кодирующих проявление того или иного признака. Например, ген, ответственный за изменение окраски хамелеоном, сформировался в геноме этих животных несколько тысяч лет назад и до сих пор передается по наследству всем будущим поколениям.
Адаптации растений: общая характеристика
Приспособления у растений являются неотъемлемой частью их жизни. Все их можно разделить на несколько основных групп.
- К температурным условиям окружающей среды.
- Влажности воздуха.
- Способам опыления.
- К потреблению пищи.
Механизм возникновения приспособлений отвечает все тем же основам - эволюционные изменения с закреплением и передачей по наследству необходимых в конкретных условиях признаков. Поэтому если какое-либо растение адаптировалось к территории, условиям среды, температуре, то всем своим будущим поколениям оно обязательно передаст все особенности для комфортного существования.
Растения в условиях сухости
При температурном режиме, в котором преобладают слишком высокие значения и постоянные солнечные дни, приспособления у растений имеют ярко выраженный характер, направленный на уменьшение испарения влаги. А также на сохранения массы тела и питательных веществ вместе со связанной водой внутри стебля.
Для этого листовые пластины редуцируются до минимума, либо полностью видоизменяются. Самым типичным примером являются пустынные растения - кактусы. Жестокие условия существования под палящим знойным солнцем заставили эти растения преобразовать листья в колючие иглы, а стебель - в толстый мясистый ствол, наполненный паренхимными клетками (основной тканью) с большим количеством связанной и свободной воды.
Механизм возникновения приспособлений кактуса очень отчетливо показывает, насколько искусными могут быть растения в своих адаптациях. Благодаря колючкам растение не испаряет воду с поверхности листьев, а значит, экономит большое ее количество. Помимо этого, в стебле, видоизмененном под толстый мясистый ствол, происходит накопление ряда веществ, удерживающих воду. Например, аккумулируются:
- гидрофильные белковые молекулы;
- пролин (аминокислота, удерживающая воду);
- моносахариды и разные органические кислоты.
Также механизм возникновения приспособлений кактуса включает в себя выработку соединений гормональной природы, которые затормозят действие гормонов роста (гиббереллины, ауксины). Это позволяет растениям быстро останавливать свой рост при наступлении неблагоприятных условий, длящихся долгое время.
Приспособления к разным видам опыления
Еще одним ярким примером адаптаций у растений является их способность подстраиваться к опылителям. Например, ветроопыляемые формы образуют семена сухие и легкие, которые просто будут рассеиваться даже несильными движениями воздуха.
Если растение насекомоопыляемое, то оно формирует цветки определенного строения и окраски:
- ярко окрашенные;
- крупные или собранные в большие соцветия;
- с сильным приятным ароматом.
Строение самого цветка также может быть приспособленным под опылителя. Существуют растения, опыляемые строго определенным видом птиц или насекомых.
Перекрестноопыляющиеся или самоопыляющиеся растения в структуре цветка имеют длинные тычинки и глубоко посаженный пестик, чтобы пыльца попадала на рыльце. Каждое их таких приспособлений играет важную роль в репродукции и также закрепляется наследственно в геноме.
Условия избыточной влажности для растений
В тропических и субтропических местах обитания часто явление избыточной влажности воздуха. Ведь известно, что в некоторых местностях тропические ливни могут идти больше месяца. Конечно, такой избыток воды растениям весьма вреден. Поэтому некоторые виды сформировали определенные адаптации, сводящие к минимуму такое воздействие природы. Это гидатоды - водяные устья, увеличивающие количество выделяемой растением воды. Она выходит целыми каплями. Такое явление получило название гуттации.
Также приспособлениями к избыточной влажности у растений являются большие листовые пластины с огромным количеством устьиц. Соответственно, транспирация также усиленная.
Механизм возникновения приспособлений у животных
Представители фауны вынуждены не только подстраиваться под условия среды, но и защищать себя от нападения более сильных особей, для которых они - пища. Это привело к формированию нескольких типов адаптаций у животных:
- изменение формы тела и конечностей, шерстного (кожного, перьевого) покрова;
- покровительственная окраска;
- мимикрия (подражание более защищенным и опасным животным);
- предостерегающая окраска;
- отпугивающее поведение.
Ярким примером приспособлений при помощи изменения формы тела, конечностей и покровов являются птицы (перья, киль, легкий скелет, обтекаемая форма тела). Также водные млекопитающие и рыбы, которые имеют хвосты и плавники, гладкую поверхность, отсутствие мощного шерстного покрова. Зато у них присутствуют воздушные пузыри, перепонки на лапах ласты (морские млекопитающие).
Проявляется у многих животных, как наземных, так и водных. Например, прячущиеся в траве, морские иглы, скрывающие себя в водорослях. Хамелеоны, пяденицы (палочковидные гусеницы), калима (бабочка, имитирующая листок), пестрые и серая окраска зайцев и многие другие примеры, отражающие приспособления у животных.
Мимикрия, то есть подражание с целью защиты себя от поедания и нападения, характерна для, например, мухи-журчалки (напоминает осу), некоторых видов ужей, копирующих ядовитых змей и так далее.
Предостерегающая окраска насекомых и животных направлена на честное предупреждение о несъедобности вида, его ядовитости. Примером служат ядовитые змеи, осы, пчелы, шмели, божьи коровки и другие представители. Это очень распространенные приспособления у животных.
Отпугивающее поведение - это шипение, рычание, отпрыгивание в сторону, выпускание биологических жидкостей (чернила осьминогов и кальмаров, скунсы). Сюда же можно отнести особенности некоторых животных, которые в холодное время года формируют стаи для облегчения добывания пропитания.
Все перечисленные приспособления носят эволюционно сформировавшийся и генетически закрепившийся механизм образования.
Адаптации белых медведей
Механизм возникновения приспособлений белого медведя сформировался в условиях крайне холодных мест обитаний. Все его адаптации направлены именно на сохранение тепла и добычу пищи. К ним можно отнести:
- покровительственную белую окраску (маскировку);
- толстый слой подкожного жира, играющий двойственную роль: теплоизоляцию и облегчение массы тела при плавании и нырянии;
- густой плотный и теплый мех, покрывающий всю поверхность тела.
Благодаря своим приспособлениям белый медведь может не опасаться даже самых суровых холодов. А белая окраска позволяет ему незаметно подкрадываться к источнику питания - тюленям.
Приспособления подземных млекопитающих
Самым ярким представителем является, безусловно, крот и все его сородичи (цокоры, слепыши и другие). Поэтому на его примере рассмотрим адаптации. Механизм возникновения приспособлений крота связан с подземной средой обитания, лишенной некоторых важных света, достаточного количества влаги, тепла. Поэтому адаптации данного животного следующие:
- мощные роющие конечности;
- отсутствие зрения;
- толстый подкожный слой жира;
- гладкая и жесткая шерсть черного цвета;
- обтекаемая форма тела.
Адаптации крупных пустынных животных
К таковым в первую очередь относятся верблюды, различные их виды. Механизм возникновения приспособлений верблюда формировался в условиях недостатка влаги и высоких температур. Адаптации следующего характера:
- наличие желез, избавляющих от лишних солей в организме;
- пониженное потоотведение;
- способность долгое время голодать, теряя массу тела на треть;
- особые черты пищеварения и метаболизма;
- наличие горбов, заполненных жиром, хранящим связанную воду;
- быстрое насыщение водой для пополнения внутренних запасов.
Все эти адаптации делают для верблюдов условия пустыни вполне комфортными и приемлемыми для жизни.
Проработав эти темы, Вы должны уметь:
- Сформулировать своими словами определения: эволюция, естественный отбор, борьба за существование, адаптация, рудимент, атавизм, идиоадаптация, биологический прогресс и регресс.
- Кратко описать, каким образом та или иная адаптация сохраняется отбором. Какую роль играют в этом гены, генетическая изменчивость, частота генов, естественный отбор.
- Объяснить, почему в результате отбора не образуется популяция идентичных, безупречно адаптированных организмов.
- Сформулировать, что такое генетический дрейф; привести пример ситуации, в которой он играет важную роль, и объяснить, почему его роль особенно велика в небольших популяциях.
- Описать два способа возникновения видов.
- Сравнивать естественный и искусственный отбор.
- Кратко перечислить ароморфозы в эволюции растений и позвоночных, идиоадаптация в эволюции птиц и млекопитающих, покрытосеменных растений.
- Назвать биологические и социальные факторы антропогенеза.
- Сравнивать эффективность потребления растительной и животной пищи.
- Кратко описать черты древнейшего, древнего, ископаемого человека, человека современного типа.
- Указать черты развития и сходства человеческих рас.
Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000
- Тема 14. "Эволюционное учение." §38, §41-43 стр. 105-108, стр.115-122
- Тема 15. "Приспособленность организмов. Видообразование." §44-48 стр. 123-131
- Тема 16. "Доказательства эволюции. Развитие органического мира." §39-40 стр. 109-115, §49-55 стр. 135-160
- Тема 17. "Происхождение человека." §49-59 стр. 160-172
Рассмотрите рисунки 158-163. В чем заключаются приспособления у изображенных на рисунках организмов к условиям обитания? Подумайте, сохранятся ли эти приспособления у организмов, если условия их обитания изменятся.
Все организмы обладают разнообразными приспособления к условиям обитания. Эти приспособления развиваются в процессе эволюции в два этапа. Вначале у организмов вследствие мутационной и комбинативной изменчивостей появляются новые признаки. Затем эти признаки испытываются естественным отбором на их соответствие условиям среды.
Примеры приспособлений организмов. Примеры приспособлений организмов к условиям обитания столь многочисленны, что описать их все практически невозможно. Приведем лишь некоторые примеры.
Рис. 158. Покровительственная окраска у животных: 1 - сплошная окраска зимнего оперения у тундровой куропатки; 2 - расчленяющая окраска у оленей-аксисов
К морфологическим приспособлениям относят, встречающиеся у разных организмов, различные типы покровительственной, предостерегающей окраски, маскировки и средств пассивной защиты.
Покровительственная окраска развивается у особей, живущих открыто, что делает их менее заметными на окружающем фоне. Такая окраска бывает сплошной (белый цвет оперения у тундровой куропатки зимой), если окружающий фон однородный, либо расчленяющей (светлые и темные точки на шкуре оленей-аксисов), если на окружающем фоне чередуются пятна света и тени (рис. 158). Эффект покровительственной окраски усиливается соответствующим поведением животного. В момент опасности они затаиваются, что делает их еще менее заметными на окружающем фоне.
Предостерегающая окраска развивается у особей, имеющих химические средства защиты от врагов. К ним относят, например жалящих или ядовитых насекомых, несъедобные или обжигающие растения. В процессе эволюции у них выработались не только ядовитые химические вещества, но и яркая, обычно красночерная или желточерная окраски (рис. 159). Некоторые животные с предостерегающей окраской в момент опасности демонстрируют хищнику яркие пятна, принимают угрожающую позу, чем приводят врага в замешательство.
Рис. 159. Предостерегающая окраска у лягушек-древолазов
Маскировка - защита, которой служит не только окраска, но и форма тела. Различают два типа маскировки. Первый заключается в том, что маскирующийся организм по своему внешнему виду напоминает какой-либо предмет - лист, сучок, камень и т. п. Такой тип маскировки широко встречается у насекомых: палочников, клопов и гусениц бабочек пядениц (рис. 160).
Рис. 160. Маскировка у клопов-листотелок
Второй тип маскировки основан на подражательном сходстве незащищенных организмов с защищенными. Так, безобидные бабочки-стеклянницы окраской брюшка напоминают жалящих насекомых - ос, поэтому насекомоядные птицы их не трогают (рис. 161).
Рис. 161. Маскировка у бабочки-стеклянницы
Средства пассивной защиты увеличивают вероятность сохранения организма в борьбе за существование. Например, панцири черепах, раковины моллюсков, иглы ежей защищают их от нападения врагов. Шипы на стеблях розы и колючки у кактусов препятствуют поеданию этих растений травоядными млекопитающими (рис. 162).
Рис. 162. Средства пассивной защиты у кактуса-опунции
Физиологические приспособления обеспечивают устойчивость организмов к изменению температуры, влажности, освещенности и других условий неживой природы.
Так, при понижении температуры окружающего воздуха у земноводных и пресмыкающихся в организме понижается уровень обмена веществ и наступает зимний сон. У птиц и млекопитающих, наоборот, при понижении температуры окружающего воздуха обмен веществ в организме усиливается, что увеличивает теплопродукцию. Развивающийся при этом густой перьевой, шерстный покров и подкожный слой жира препятствует потере организмом тепла (рис. 163).
Рис. 163. Зимний мех белки отличается густым подшерстком
Поведенческие приспособления встречаются только у животных с высокоразвитой нервной системой. Они представляют собой различные формы поведения, направленные на выживание как отдельных особей, так и вида в целом.
Все поведенческие приспособления можно разделить на врожденные и приобретенные. К врожденным относят, например брачное поведение, защиту и выкармливание потомства, избегание хищников, миграции. Так, львица при вылизывании своих детенышей запоминает их запах. Этот же процесс пробуждает у нее потребность защищать львят от врагов (рис. 164, 1).
Рис. 164. Поведенческие приспособления организмов: 1 - львица, вылизывающая львят; 2 - макаки японские, греющиеся в горячем источнике; 3 - водоплавающие птицы, зимующие на незамерзающем водоеме в городе
Важную роль в жизни животных играют и приобретенные поведенческие приспособления. Например, самый северный вид обезьян - макак японский, встречающийся на севере Японии, перешел к снежно-водному образу жизни (рис. 164, 2). Зимой при наступлении более сильных морозов эти обезьяны спускаются с гор к горячим источникам, где греются в теплой воде. Другой наглядный пример. В крупных городах средней полосы России изменилось поведение перелетных птиц. Так, некоторые водоплавающие птицы перестали улетать на зимовку в теплые края. Они собираются в большие стаи на незамерзающих водоемах, где всегда есть необходимая пища (рис. 164, 3).
Относительная целесообразность приспособлений. Все приспособления у организмов вырабатываются в конкретных условиях их среды обитания. Если условия среды меняются, приспособления могут утратить свое положительное значение, иными словами, они обладают относительной целесообразностью.
Существует множество доказательств относительной целесообразности приспособлений: защита организма от одних врагов оказывается неэффективной от других; поведение организма может стать бессмысленным; полезный в одних условиях орган оказывается бесполезным в других. Например, камышевка, благодаря родительскому инстинкту, выкармливает кукушонка, вылупившегося из яйца, подброшенного в гнездо кукушкой (рис. 165).
Рис. 165. Относительная целесообразность приспособлений организмов - камышевка, выкармливающая кукушонка
Итак, основным результатом действия движущих сил эволюции является появление у организмов новых и совершенствование имеющихся приспособлений. Поскольку условия существования организмов изменяются, абсолютных приспособлений в природе не бывает, и процесс их появления бесконечен. У особей, относящихся к одному виду, различия в имеющихся приспособлениях незначительны. Закрепление же этих различий в условиях изоляции, приводит к появлению новых видов, т.е. к видообразованию.
Упражнения по пройденному материалу
- Как возникают приспособления у особей к среде обитания?
- В чем проявляется относительная целесообразность приспособлений? Ответ проиллюстрируйте примерами.
- Могут ли у организмов в ходе длительной эволюции возникнуть абсолютные, т. е. совершенные, приспособления? Ответ аргументируйте.
Многие пернатые освоили наземно-воздушную среду обитания. Приспособление птиц к полету стало возможным из-за многих изменений во внешнем виде и внутреннем строении.
Основные признаки приспособления птиц к полету
- Двойное дыхание.
- Летательные мышцы содержат большое количество миоглобина.
- Перьевой покров.
- Легкий скелет.
- Развита кровеносная система.
- Быстрый обмен веществ.
- Видоизменение передних конечностей в крыльях.
- Обтекаемая форма тела.
- Есть специальная кость — киля.
- Теплокровность.
- Один яичник.
- Уменьшено количество костей.
- Увеличен мозжечок.
- Хорошо развитая нервная система.
Как птицы приспособлены к полету?
У птиц легкие не имеют возможности расширяться или сжиматься, как у людей. Воздушные мешки выполняют всю эту работу. При вдохе и при выдохе через легкие птицы движется свежий воздух, который запасается в мешках. По этой причине дыхание у птиц называется «двойным». Чтобы запастись достаточным количеством кислорода, у птиц летательные мышцы содержат много миоглобина.
Внутреннее строение птицы схема
Птицы вынуждены много питаться, чтобы получать большое количество энергии. У них очень хорошо развита кровеносная и дыхательная система. Среднее давление пернатых составляет около 130 мм рт. ст., в то время, как у млекопитающих она всего — 95 мм рт. ст.
У птиц очень быстрый обмен веществ, температура тела достигает от 40 до 42 градусов. Высокая температура тела значительно влияет на все процессы жизнедеятельность, также сокращение мышц происходит в разы быстрее.
В большой мере, крупные мышцы, двигающие конечности, расположены на теле, а к ним уже идут сухожилия.
Птицы пережевывают свою еду в желудке, поэтому все жевательные процессы расположены внутри тела, что улучшает их аэродинамику.
Пернатые имеют перья, которым не нужны кровеносные сосуды, они слишком легкие и мягкие. Также помимо всего этого у птиц легкий скелет, который наполнен воздухом. А для лучшей координации движений был увеличен мозжечок.
Приспособление птиц к среде обитания
В зависимости от места обитания внешнее строение пернатых сильно видоизменено. К примеру, дятел имеет клюв, который похож на долото. Он использует его, чтобы доставать насекомых и личинок из коры деревьев. Вдобавок у него слишком длинный липкий язык и острые когти, которые позволяют ему выполнять все необходимые задачи для продолжения жизнедеятельности.
Птицы, которые живут в водоемах, тоже имеют некоторые изменения. У них есть короткие нижние конечности с плавательными перепонками и сплошной перьевой покров. Пернатые, обитающие в пустынях и степях обладают защитной окраской перьев, у них прекрасное зрение и сильные ноги.
Страусообразные птицы населяют Африку. Они не могут летать, так как у птиц недоразвиты крылья, однако хорошо развиты ноги. Птицы могут развивать скорость до 70 км/ч, их вес составляет 50-90 кг, а рост около 2,5-2,7 метров. Обитают страусообразные в саваннах, пустынях, степях.
- Статья по теме —
Хищные птицы имеют большой изогнутый клюв, который используют для разрыва добычи на мелкие кусочки. Имея мощные острые когти, они цепляются в добычу, после чего наносят им смертоносные ранения или переносят пищу к себе в гнездо. Хищники могут долго парить в воздухе, у них отличное острое зрение и прекрасный слух.
