Конспект урока: Приспособленность организмов к среде как результат действия отбора

Вступление 

Результатом действия естественного отбора является приспособленность организмов к конкретным условиям среды. Приспособленность, или адаптация, повышает шансы организмов на выживание, помогает выиграть борьбу за существование. Наиболее приспособленные особи передают свои гены из поколения в поколение. Термин применим не только к отдельным особям. С точки зрения эволюции адаптация необходима для выживаемости популяции, вида. Для возникновения помимо мутационного процесса необходимы другие движущие силы. Приспособления не возникают в готовом виде, они складываются в процессе отбора из множества проб и ошибок.

Механизм возникновения адаптаций:

• появление рецессивной мутации у ряда особей популяции →
• скрещивание особей-носителей мутации →
• фенотипическое проявление мутаций →
• естественный отбор признака →
• возникновение адаптации.

Приспособления характеризуются относительным характером. Они затрагивают внешние и внутренние признаки, особенности поведения и размножения.

По степени охвата таксономической группы существуют общие и специальные адаптации. Общие адаптации обеспечивают приспособления к жизни в обширной среде. Характерны для таксономической группы высокого ранга. Например, у всех птиц (Класс Птицы) есть крылья, которые обеспечивают приспособление к полёту. В зависимости от образа жизни у птиц появляются разные типы крыльев (рис. 1). Этот факт является примером частной адаптации, которая характерна для популяций и видов организмов, и следствием приспособления к определённым условиям среды небольшой группы организмов. Отсюда возникает многообразие видов на нашей планете.

Рис. 1. Разные типы крыльев

Историческая справка 

Рис. 2. Возникновение приспособленности по Дарвину

Проблема приспособленности организмов всегда была в поле зрения эволюционистов. С развитием науки взгляды учёных и естествоиспытателей менялись. Карл Линней, как и большинство современников той эпохи, считал, что живые организмы созданы Богом и их приспособленность к окружающей среде имеет божественный промысел. 

 

Ж. Б. Ламарк считал, что адаптации — это ответные реакции организма на действия окружающей среды. С помощью «упражнения» органа или частей тела виды приспосабливаются к тем условиям среды, в которых обитают. С появлением эволюционной теории Ч. Дарвина стало понятно, что адаптации — результат действия естественного отбора в определённых условиях среды.

Некоторые группы адаптаций:

• морфологические,
• физиологические,
• биохимические,
• поведенческие.

Морфологические адаптации связаны с особенностями строения тела и окраски. 

Адаптации, связанные со строением тела

По особенностям в строении организма можно угадать, в каких условиях оно обитает. Яркий пример — многообразие ротового аппарата насекомых в зависимости от типа питания (рис. 3)

Рис. 3. Разнообразие форм ротового аппарата у насекомых

Рис. 4. Бородавчатая, или повислая берёза (слева); карликовая берёза (справа)

Упражнение 

 

Перед вами 2 вида берёз: бородавчатая берёза и карликовая (рис. 4). Могли бы вы определить, какое растение произрастает в северных широтах?

 

В тундре большинство растений имеют стелющиеся и подушковидные формы, которые устойчивы к сильным ветрам. А также укрываются снегом зимой, который предохраняет от замерзания. Таким образом, карликовая берёза — характерное растение северных широт. Высокая бородавчатая берёза в условиях тундры сломалась бы от сильного ветра, а зимой погибла от низких температур.

Различные формы окраски как форма адаптации

Рис. 5. Песец обыкновенный

Покровительственная окраска тела 

 

Окраска может служить способом защиты от врагов. Благодаря покровительственной окраске животные менее заметны в окружающей среде (рис. 5).

Рис. 6. Маскировка яиц птицы в гнезде

Такая окраска важна на ранних этапах онтогенеза. Например, пигментированную скорлупу птиц не отличить от окружающей среды (рис. 6).

Рис. 7. Каракатица меняет окраску в течение нескольких секунд

У ряда животных наблюдается быстрое приспособительное изменение окраски, что достигается перераспределением пигментов в хроматофорах покровов тела (рис. 7).

Рис. 8. Расчленяющая окраска зебр

Интересной разновидностью покровительственной окраски является расчленяющая, связанная с чередованием на теле тёмных и светлых пятен. При этом контур становится не заметен, тяжело отличить расположение жизненно важных органов (рис. 8).

Предостерегающая окраска тела

Такая окраска характерна для хорошо защищённых животных, ядовитых, жалящих. Яркая окраска заранее предупреждает о несъедобности этого вида организмов. Отбор шёл не только на появление признака «ядовитости», но и параллельно шло развитие окраски, которая заставляла отказаться от нападения.

Рис. 9. Палочник в естественной среде

Маскировка

 

При маскировке у организма наблюдается появление не только покровительственной окраски, появляется ещё и сходство с кими-либо предметами (рис. 9).

Рис. 10. Формы пассивной защиты

Средства пассивной защиты 

 

К ним относятся такие структуры в строении тела, которые обеспечивают сохранность жизни организма в борьбе за существование (рис. 10). У животных часто развиваются защитные образования из твёрдых покровов тела. 

 

Примеры: хитиновый панцирь членистоногих, раковины у моллюсков, панцири у черепах. У некоторых видов растений есть колючки и шипы, которые защищают от поедания и от потери влаги. 

Рис. 11. Крылья бабочки-совы имитируют глаза хищной птицы

Мимикрия — сходство беззащитного и съедобного вида с одним или несколькими представителями генетически неродственных видов, хорошо защищённых от нападения хищников. 

Биохимические адаптации

Такой тип адаптации связан с образованием определённых веществ, которые обеспечивают защиту от врагов или помогают им охотиться. Примеры: яды змей, пауков и скорпионов; пахучие вещества клопов, ужей, скунсов. 

Физиологические адаптации

Многочисленные примеры таких адаптаций связаны с перестройкой обмена веществ. Амфибии приспособились к жизни в средних широтах. В условиях холода они впадают в состояние анабиоза, обменные процессы замедляются. В клетках накапливается глюкоза, которая, обволакивая внутренние системы, защищает от переохлаждения и потери энергии. Пустынные животные научились выживать в засушливые сезоны. Верблюды накапливают много жира в горбах, который, окисляясь, образует воду. 

Поведенческие адаптации

Выработанные в процессе эволюции особенности поведения помогают выжить. При приближении врага организм может затаиться или отпугивать своим поведением. При неблагоприятных условиях среды наблюдается миграция или же спячка. Медведи впадают в спячку в условиях нехватки еды. 

Эффект любой формы покровительственной окраски повышается при сочетании его с соответствующим поведением.

Рис. 12. Выпь болотная

Пример 4

 

Выпь гнездится в камышах, поэтому её окраска соответствует окружающей среде (рис. 12). В минуты опасности она вытягивает шею, изображая тростник.

Особое значение имеют поведенческие адаптации, связанные с продолжение рода. Брачное поведение и забота о потомстве являются врождёнными формами такой адаптации.

Как правило, особи противоположных полов играют разные роли — самцы ухаживают за самками и конкурируют за их внимание, а те берут на себя заботы о потомстве. Бывают и исключения — к примеру, самцы императорских пингвинов высиживают яйца, а другие пингвины по очереди ухаживают за птенцами.

Относительный характер адаптаций

Все описанные формы адаптаций применимы только в конкретных условиях среды. Живые организмы приспосабливаются только к условиям своего обитания. Особи имеют совокупность адаптаций, которые формировались длительное время на определённой территории обитания. При изменении этих условий адаптация теряет приспособительный характер, могут даже принести вред. 

Ядовитых змей поедают мангусты, ежи и свиньи. Яд в этих случаях бесполезен. Белая шерсть зайца становится опасной во время оттепелей.

Пример 5

 

Окраска покровов лягушки носит покровительственный характер в строго определённых условиях обитания. 

Рис. 13. Лягушка травяная