Презентація - Адаптація. (Біологія 11)

АДАПТАЦІЇБіологія 11

Адаптація як загальна властивість біологічних систем. Адаптація (від. лат. adaptatio – пристосування) – властивість живого пристосовуватися до змін умов існування. Гомеостаз – сталість внутрішнього середовища біологічної системи, щодосягається шляхом координованих реакцій, які вможливлюють відновленнярівноваги.

Стратегії адаптацій організмів. Поняття про екологічно пластичні та екологічно непластичні види. Науковці довели, що здатність організмів витрачати різну кількість ресурсів на розмноження сформувалася в процесі природного добору і є специфічною ознакою виду. За розміром затрат енергії, потрібної для розмноження, види організмів можна поділити на дві групи: рудерали (r-стратеги) і конкуренти (К-стратеги) (рис. 15).

У випадку особини популяцій виду у більшому ступені виживають завдяки індивідуальній пристосованості, вступаючи в міжвидову або внутрішньовидову конкуренцію. Таку сукупність пристосувань називають K-стратегія. Схематично систему стратегій адаптацій Раменського–Ґрайма можна зобразити у вигляді рівностороннього трикутника, літери в кутах якого (C, S, R) позначають три первинні типи стратегій, а комбінації двох і трьох літер – перехідні (вторинні) типи (рис. 18).

Тип С (англ. сompetitor – конкурент) – віолент. Це зазвичай великі за розмірами організми, які витрачають значну частину енергії на підтримання життя дорослих особин, маючи низьку народжуваність і смертність. Такі організми переважають в екосистемах і є конкурентоспроможними за сприятливих умов і відсутності порушень (рис. 19). За погіршення умов (висихання ґрунту, засолення тощо) або за порушень екосистеми такі організми гинуть, не маючи пристосувань для переживання дії цих чинників.

Тип S (англ. stress-tolerant – стійкий до стресу) – патієнт. Це організми, здатні за рахунок спеціальних адаптацій переживати сильний стрес. Вони мешкають або в умовах дефіциту ресурсів, або в умовах, які обмежують споживання цих ресурсів (посуха, брак світла або ресурсів мінерального живлення, зависокі чи занизькі температури тощо), тому не мають великої конкуренції з іншими видами (рис. 20).

Тип R (лат. ruderis – бур’янистий) – експлерент. Ці організми заміщають віолентів під час сильних порушень середовищ мешкання внаслідок послаблення конкуренції. До цього типу зокрема відносять однорічні рослини, які утворюють велику кількість насіння. Воно або зберігається в ґрунті, або має пристосування для поширення. Ці організми також можуть використовувати ресурси в стабільних середовищах мешкання, але в період, коли вони виявляються тимчасово незатребуваними іншими видами (рис. 21).

Адаптивний потенціал виду – ступінь пристосувальних можливостей виду в мінливих умовах навколишнього середовища. Види, які мають високий адаптивний потенціал і можуть виживати в широкому діапазоні змін умов існування, називають екологічно пластичними, або еврибіонтними. Вовк. Голуб. Кульбаба. Ялина

Натомість екологічно непластичні, або стенобіонтні види вузько спеціалізовані до умов середовища мешкання, погано пристосовуються навіть до незначних змін, тобто мають невисокий адаптивний потенціал (рис. 22). Коала. Скат. КалібріЄхидна

Адаптивна радіація. Дивергентний характер еволюційних змін згадував у своїй праці «Походження видів шляхом природного добору, або Збереження сприятливих порід у боротьбі за життя» Ч. Р. Дарвін:«Природний добір веде також до розходження ознак, бо чим більше органічні істоти різняться будовою, внутрішнім складом і звичками, тим більше їх число може проіснувати на даній площі…» Як приклад він описав 13 видів в’юрків, які мешкали на Галапагоських островах. Усі в’юрки походять від спільного предка, який потрапив туди з материкової частини Південної Америки. Їжі, що її вживали птахи вихідної групи, на островах було замало. Переваг у боротьбі за існування набували ті птахи, у яких будова дзьоба була зміненою, що давало їм змогу вживати іншу їжу (поміркуйте, яка це форма боротьби за існування) (рис. 23). Чарльз Дарвін

Поняття про адаптивну радіацію. Адаптивна радіація – утворення різноманітних форм організмів у межах виду або групи споріднених видів, що є результатом пристосування до різних умов середовища існування.

Дослідження адаптивної радіації в комах з використанням палеонтологічних знахідок вимерлих форм і порівнянням їх із сучасними видами за допомогою мікроскопічної техніки проводять в Інституті зоології ім. І. І. Шмальгаузена НАН України. У 2006 році український ентомолог Сергій Сімутнік знайшов у рівненському бурштині викопні рештки вимерлого виду перетинчастокрилої комахи (мешкала в еоцені близько 40 млн років тому). Учений уперше описав тварину і назвав на честь свого шкільного вчителя біології Анатолія Вихренка, заслуженого вчителя України. Високий ступінь адаптивної радіації, вірогідно, зумовлений наявністю в цієї групи таких особливостей будови, які забезпечили їм адаптацію до різноманітних умов існування (рис. 24).

Екологічна ніша як наслідок адаптаційдо існування в екосистеміЕкологічна ніша – це положення виду в екосистемі, яке характеризується його біотичними зв’язками й вимогами до абіотичних чинників навколишнього середовища.

Симбіоз та його форми. Симбіоз – форми взаємодії й співіснування організмів різних видів в екосистемі. Однією з форм взаємодії є мутуалізм – співіснування різних видів, за якого вони отримують взаємну користь і в природі не існують один без одного, тобто їхній взаємозв’язок є облігатним (рис. 33).

У разі взаємовигідних відносин користь, отримувана двома видами, не завжди є однаковою. Якщо для одного з видів в ході еволюції відносини стають індиферентними, їх класифікують як вияв коменсалізму – форми симбіозу, за якої організми одного виду (коменсали) отримують користь від організмів іншого виду, не зашкодивши йому, але й не приносячи користі. Коменсали можуть отримувати від іншого виду допомогу в пересуванні, укриття, їжу й захист.

Форму симбіозу видів, за якої організми одного виду (хижаки) живляться організмами іншого виду (жертвою), вступаючи в безпосередній контакт, називають хижацтвом. Найважливішою характеристикою хижаків є те, наскільки вони спеціалізовані на живленні певними видами жертв.

Паразитизм – форма симбіозу організмів різних видів, з яких один (паразит) використовує іншого (хазяїна) як середовище мешкання та джерело живлення, покладаючи на нього (частково або повністю) регуляцію відносин з навколишнім середовищем. Для того, щоб використовувати хазяїна, паразитові не потрібно його вбивати (іноді хазяїн гине, але це не є необхідною умовою його використання). Багато паразитичних організмів є поміж бактерій, грибів, тварин, трапляються паразитичні рослини, зокрема представники родів повитиця та вовчок.

Уже було згадано про конкуренцію – форму симбіозу між видами з подібними екологічними потребами, коли наявність конкурента зменшує можливості користування ресурсами. Вимирання певних видів є наслідком їх взаємодії з видами-конкурентами. Наприклад, потрапляння в Австралію здичавілих собак динго призвело до вимирання місцевих хижаків – сумчастого вовка та сумчастого диявола. Ці хижаки були сильніші від собак, але поступалися собакам у мисливському мистецтві. Ці види збереглися з доісторичного часу лише в Тасманії, куди не дісталися динго.

Спряжена еволюція (коеволюція) та коадаптація. Форми взаємодії організмів різних видів в екосистемах є виявами міжвидової боротьби за існування. Вона досягає особливої інтенсивності у випадках, коли вдосконалення однієї групи організмів зумовлює необхідність удосконалення іншої, залежної групи. Отже, природний добір на більш високих рівнях організації біологічних систем може виявлятися у взаємному доборі залежних один від одного видів, про що у своїй праці «Походження видів шляхом природного добору…>» говорив ще Ч. Р. Дарвін (рис. 40).

У сучасній біологічній науці для позначення механізму взаємозумовлених змін складників угруповання, що розвивається, використовують термін спряжена еволюція, або коеволюція. Подальші дослідження виникнення та становлення взаємозв’язків організмів в угрупованнях привели до виокремлення поняття «коеволюція», яке було застосоване екологами Паулем Ерліхом і Пітером Рейвеном 1964 року для опису координованого розвитку різних видів у складі однієї екосистеми.

Спряжена еволюція (коеволюція) – це тип еволюції угруповання, що полягає у взаємодії великих груп організмів, які перебувають у тісному екологічному взаємозв’язку. Коадаптація – взаємна адаптація різних видів унаслідок спряженої еволюції (коеволюції). Явище спряженої еволюції можна проілюструвати прикладами коадаптацій у парі видів хижак – жертва.

У хижаків і тварин, якими вони живляться, виробилося захисне забарвлення, що робить їх непомітними на місцевості. У хижаків воно закріпилося завдяки тому, що вони могли непомітно підкрастися до здобичі, а в здобичі – унаслідок того, що жертва залишалася менш помітною для хижаків. Наприклад, комахи, ящірки, жаби, які ховаються між листям рослин, мають зелений або бурий колір, мешканці пустель – пісочний, а мешканці арктичних пустель – білий (рис. 41).

Цікавою формою захисних адаптацій у тварин є мімікрія, за якої незахищені види імітують своїм забарвленням і формою тіла захищені види. Наприклад, цикади і цвіркуни нагадують великих мурах, дзюрчалка схожа на отруйну осу, неотруйні змії схожі на отруйних (рис. 43).

Способи терморегуляції організмів. Способи терморегуляціїМорфологічна терморегуляція;Фізичної терморегуляції;

На основі здатності до фізіолого-біохімічної терморегуляції тварини поділяються на дві групи. Пойкілотермні тварини не зберігають постійного теплового балансу між теплоутворенням і тепловіддачею, унаслідок чого температура тіла істотно залежить від температури навколишнього середовища (рис. 47). Гомойотермні тварини зберігають постійний тепловий баланс і підтримують постійну високу температуру тіла (рис. 48).

ПРАВИЛО Карлом Бергманом: у гомойотермних тварин одного виду або групи близьких видів розміри тіла більші в холодних частинах ареалу та менші – у теплих (рис. 49). Більша інтенсивність тепловіддачі може досягатися не лише зменшенням загальних розмірів, а й збільшенням відносних розмірів частин тіла, що виступають (лапи, вуха тощо). Тому серед споріднених видів ті, що мешкають у теплому кліматі, будуть мати більші відносні розміри таких частин тіла, порівняно з тими, що мешкають у холодних регіонах (рис. 50). Це правило було сформульоване Джоелем Асафом Аленом.

Адаптивні біологічні ритми біологічних систем. Біологічні ритми – циклічні коливання інтенсивності та характеру процесів життєдіяльності, в основі яких лежать кількісні та якісні зміни метаболізму біологічних систем. Типи адаптивних біологічних ритмів. Добові ритми зумовлені обертанням Землі навколо своєї осі. Двічі на добу змінюється освітленість, що зумовлює коливання абіотичних чинників (температури, вологості тощо), які впливають на активність організмів. У рослин зміни освітленості викликають періодичність процесів фотосинтезу, транспірації, закриття та відкриття квіток тощо (рис. 75). Зміна дня і ночі впливає на різні функції організмів тварин: рухову активність, інтенсивність процесів обміну речовин тощо (рис. 76).

Припливно-відпливні ритми зумовлені обертанням Місяця навколо Землі. Добре виражені в організмів, що мешкають у прибережній зоні відкритих морів і океанів. Протягом місячної доби (24 години 50 хвилин) відбувається по два припливи й відпливи, що спонукає організми пристосовуватися до таких періодичних змін умов існування (зміна забарвлення, розмноження, укриття в схованках) (рис. 77).

Сезонні ритми зумовлені обертанням Землі навколо Сонця. Відтак виникають сезонні явища. Зі зміною сезонів пов’язані важливі життєві функції організмів: анабіоз, линяння, міграції, розмноження, розвиток, листопад тощо (рис. 78). Можливі впливи сезонних ритмів навіть на будову організмів (у попелиць, дафній – розміри тіла, будова окремих частин).

Річні та багаторічні ритми пов’язані з змінами сонячної активності та інших чинників протягом кількох років. Ці ритми виражені не так чітко, як сезонні. Прикладом багаторічних циклів є масові розмноження перелітної сарани й деяких інших тварин (рис. 79).

Фотоперіодизм, його біологічна роль. Фотоперіодизм – фізіологічна реакції організмів на співвідношення між довжиною дня і ночі. Фотоперіодизм у рослин виявляється в зміні процесів росту та розвитку. Унаслідок цих змін у клітинах рослин утворюються біологічно активні речовини (фітогормони), які впливають на різноманітні процеси життєдіяльності (цвітіння, листопад, проростання насіння, бульб, цибулин тощо). Залежно від реакції на довжину світлого періоду доби розрізняють рослини довгого (рис. 80) та короткого дня (рис. 81).

Дякую за увагу !!!