Что такое относительность приспособленности. Механизм возникновения приспособлений

6. Возникновение приспособлений. Относительный хар-р приспос-ти.

Адаптация - это гармония организма со средой обитания (в широком смысле). Адаптация - это специальные морфофизиологические св-ва, способные обеспечить выживание и размножение организмов в концертных усл-х среды (в узком смысле). Группа адаптации - средства пассивной защиты - это такие ос-ти, кот-е, одним лишь своим присутствием определяют большую вероятность выживания особей в борьбе за существование. а) твёрдые защитные покровы; б) способность сворачиваться в шар (многоножка, броненосец); в) иглы и колючки; г) жгучие волоски у растений, стрекательные кл-ки у животных; д) приспособительная окраска и строение (форма) тела - покровительная окраска (сезонная окраска (куропатка)); расчленяющая окраска (тигр); противотень (рыбы); яркоокрашеные особи (предостерегающая окраска); мимикрия - подражательная окраска и поведение, маскировка, сходство с несъедобными объектами; е) сложные адаптации (возникли путём мелких наследственных уклонений) насекомоядность у растений, симбиоз.

Приспособленность орг-ов явл-ся рез-том действия движ-х сил эволюции в данных усл-ях сущ-я. Любая приспособленность помогает орг-мам выжить лишь в тех усл-ях, в которых она сформировалась под влиянием движущих сил эволюции. В этих условиях она относительна (в яркий день зимой белая куропатка выдаёт себя тенью на снегу. Заяц-беляк, незаметный на снегу в лесу, видный на фоне тёмных стволов.). У орг-мов встречаются ненужные органы и признаки. Все эти многие и др-е факторы говорят, что приспо-сть не абсолютна, а относительна.

7. Микроэволюция. Видообразование. Результаты эволюции.

Микроэволюция - эволюционные процессы, протекающие внутри вида и приводящие новых, внутривидовых группировок: популяций и подвидов. Популяция - элементарная эволюционная структура. Подвид – гр-па популяций данного вида – морфофизиологически отличающиеся от всех других популяций внутри вида. Мутация - элементарный, эволюционный материал.

Элементарное эволюционное явление - изменение генофонда популяции. Генофонд – совокупность генотипов всех особей популяции. Генотип – совокупность генов отдельной особи. Элементарный эволюционный фактор, направляющий эволюционный процесс - естественный отбор.

Образование новых видов в природе происходит под влиянием движущих сил эволюции. При изменении условий сущ-я внутри вида происх-т процесс расхождения признаков дивергенции, кот-я приводит к образованию новых группировок, особей внутри вида. Начальные этапы эволюционного процесса, протекают внутри вида и приводят к обр-ю новых внутривидовых группировок - популяций подвидов (этот процесс наз-ся микроэволюция). Географическое видообразование - связано с расширением ареала исходного вида или с расчленением его на изолированные части - физическими преградами (реки, озёра, горы, климат...). Экологическое видообразование - происх-т в тех случаях, когда популяции одного вида остаются в пределах одного ареала, но условия обитания у них различные (изменяется их генный состав).

Результаты эволюции. Эволюция имеет 3 тесно связанных важных следствия:

1)Постепенное уссложнение и повышение организации живых существ.

2)Относительная приспособленность организмов к условиям окр-ей среды.

3)Многообразие видов.

Критерии вида: 1.Морфологический критерий - сходства внешнего и внутреннего строения. 2.Экологический критерий - растения имеют различные места произрастания. 3.Географический критерий - ареал. 4.Физиологический критерий: невозможность скрещивания видов - основной смысл. Их ограничивают физиологические возможности. 5.Генетический к. - определяет всю суть вида (набор хромосом). Он не играет огромной роли, т.е. его с виду не различить.

8. Док-ва эволюции органического мира.

Макроэволюция – процесс образ-я из видов новых родов, из родов – новых семейств и т.п. Она происходит в большие промежутки времени и недоступна непосредственному изучению. В макроэвол-ии действуют те же процессы – естест-ый отбор и связанное сним вымирание, борьба за сущ-е. Макроэвол-я носит дивергентный хар-р, так же как и микроэволюция.

Эмбриологические док-ва.

Ещё Ч. Дарвин отметил, что имеются взаимосвязи между индивидуальным развитием орг-мов и их эволюционным разви-ем. Затем эти связи были подробно изучены другими учёными. Сходство зародышей. Очень сходна внутренняя организация зародышей рыбы, кролика, ящерицы и человека: у всех сначала имеется хорда, затем позвоночник из хрящевых позвонков, кровеносная система с одним кругом кро-я. По ходу последующего развития сходство между зародышами ослабевает. Всё выше перечисленное говорит о происх-ии всех хордовых от одного ствола, кот-ый распался по ходу эволюции на множество ветвей. Биогенетич-ий закон. Немецкие учёные установили закон соотн-я онтогенеза. Согласно ему каждая особь в онтогенезе есть краткое повторение филогенеза (история развития своего вида). Например у головастиков бесхвостых земноводных развивается хвост – повторение признаков их хвостатых предков.

Палеонтологич-е док-ва.

Палеонтология изучает ископаемые ост-ки вымерших организмов и выявляет их сходство и различие с современными организмами. Палеонтологи по ископаемым остаткам восстан-ют внешний вид и стр-е вымерших орг-мов, узнают о растит-ном, а так же животном мире прошлого. Палеонтологич-е нах-ки говорят о связях между различ-ми систематич-ми гр-ми. В одних сл-ях смогли установить перех-е формы, в других – филогенетич-е ряды (ряды видов, послед-но сменяющих один другой). Ископаемые переходные формы. Была найдена гр-па зверозубых рептилий. Они совмещают признаки пресмыкающихся и млекопит-х. Такие организмы относят к переходным формам. Зверозубые рептилии имеют сходство с млекопит-ми в строении черепа, конечн-тей и позвно-ка, а также в делении зубов на коренные, резцы и клыки. Археоптерикс – животное, величиной с голубя имело признаки птицы, но сохраняло ещё черты пресм-щихся. Признаки птиц были явными: сходство задних конечностей с цевкой, наличие перьев. Признаки пресм-хся: брюшные рёбра, хвостовые позвонки и наличие зубов. Ар-кс врядли мог хорошо летать, т.к. у него грудная кость без киля, слабые грудные мышцы и мышцы крыльев. Филогенетич-е ряды. Палеонтологам удалось восстан-ть филогенетич-е ряды животных. Примером может послужить эволюция лошади. Наиб-ее др-ий её предок ростом с лисицу, конечности были четырёхпалыми и т.д. , передвигался скачками. Но потом условия жизни поменялись в худьшую сторону и спасаться от врагов он мог теперь только при быстром беге. В процессе борьбы за сущ-е ноги его удлиннялись и уменьшалось колич-во пальцев, дотигающих почвы, упрочения позв-ика, что спос-ло быстрому бегу и т.д.

Система растений и животных - отображение эволюции.

Эволюция жизни на земле осущ-ся микро- и макро- эволюционными процессами в их единстве. Сейчас организмы распределяют по группировкам, используя систематические категории: тип (отдел - для растений), класс, отряд (порядок для растений), семейство, род, вид. Для обширных систематич-х гр-пп добавляют промежуточные категории: под типы, под классы и д. р. Многочисленность систематич-х категорий вызывается чрезвычайным многообразием видов и стремление учёных дать такую систему, кот-я отображала бы родственные связи между группами организмов. Каждая высшая систематическая группа, начиная от рода объединяет группы состоящие по рангу ниже и имеющие общего предка. Род объединяет виды, произошедшие от одного предка и оказавшиеся и оказавшиеся, в рез-те борьбы за существование и естественного отбора способными сущ-ть и успешно размножаться в различных геогр-х, и эк-х усл-ях. Эволюция имеет 3 тесно связанных важнейших следствия: 1.Постепенное усложнение и повышение организации живых существ. 2.Относительная приспособленность организмов внешней среды. 3.Многообразие видов.

Виды растений и животных удивительно приспособлены к условиям среды, в которых они обитают. Известно огромное количество самых разнообразных особенностей строения, обеспечивающих высокий уровень приспособленности вида к среде. В понятие «приспособленность вида» входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым ими функциям, например длинный и сложно устроенный пищеварительный тракт животных, питающихся растительной пищей (жвачные). Соответствие физиологических функций организма условиям обитания, их сложность и разнообразие также входят в понятие приспособленности.

Приспособительные особенности строения, окраски тела и поведения животных. По сути, вся структурно-функциональная организация представителей того или иного вида является приспособительной к тем условиям, в которых обитает данная группа. Наиболее демонстративны строение тела и окраска покровов.

Форма тела. У животных приспособительной к среде обитания является форма тела. Хорошо известен облик водного млекопитающего дельфина. Его движения легки и точны. Самостоятельная скорость движения в воде достигает 40 км/ч. Нередко описывают случаи, как дельфины сопровождают быстроходные морские суда, например эсминцы, движущиеся со скоростью 65 км/ч. Объясняется это тем, что дельфины пристраиваются к носу судна и используют гидродинамическую силу корабельных волн. Но это не их естественная скорость. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Как дельфину удается преодолеть ее? Помимо других особенностей строения идеальной приспособленности дельфина к среде обитания и образу жизни способствует форма тела. Торпедовидная форма тела позволяет избежать образования завихрения 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 полете они обычно втягивают ноги. В результате птицы по быстроте намного превосходят всех других животных. Например, сокол-сапсан пикирует на свою жертву со скоростью до 290 км/ч. Птицы быстро двигаются даже в воде. Наблюдали антарктического пингвина, плывущего под водой со скоростью около 35 км/ч.

У животных, ведущих скрытный, затаивающийся образ жизни, полезными оказываются приспособления, придающие им сходство с предметами окружающей среды. Причудливая форма тела у рыб, обитающих в зарослях водорослей, 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 зеленую веточку (рис. 19.5), а прямокрылые насекомые имитируют лист. Плоское тело имеют рыбы, ведущие придонный образ жизни.

Рис. 19.5.

Окраска покровов тела. Средством защиты от врагов служит и покровительственная окраска. Покровительственной называют окраску покровов тела, обеспечивающую их обладателям успех в борьбе за существование. Обычно ученые различают скрывающую или, наоборот, предупреждающую окраску. Птицы, насиживающие яйца на земле, сливаются с окружающим фоном. Малозаметны и их яйца, имеющие пигментированную скорлупу, и вылупляющиеся из них птенцы (рис. 19.6). Защитный характер пигментации яиц подтверждается тем, что у видов, чьи яйца недоступны для врагов - крупных хищников, или у птиц, откладывающих яйца на скалах или закапывающих их в землю, покровительственная окраска скорлупы не развивается.

Рис. 19.6.

потомства на земле

Покровительственная окраска широко распространена среди самых различных животных. Гусеницы бабочек часто зеленые, под цвет листьев, или темные, под цвет коры или земли. Донные рыбы обычно окрашены под цвет песчаного дна (скаты и камбалы). При этом камбалы способны еще менять окраску в зависимости от цвета окружающего фона. Способность менять окраску путем перераспределения пигмента в покровах тела известна и у наземных животных (хамелеона). Животные пустынь имеют, как правило, желто-бурую или песочно-желтую окраску. Однотонная покровительственная окраска свойственна как насекомым (саранче) и мелким ящерицам, так и крупным копытным (антилопам) и хищникам (львам).

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.

Двутоновая скрывающая окраска часто наблюдается у водных животных. Так, у большинства рыб, например у сельди, спинка сильно пигментирована, а брюшная сторона тела - светлая. Если смотреть на рыбу сверху, из зоны большей освещенности, то на фоне сгущающегося мрака темная спинка практически незаметна. Напротив, при взгляде из глубины - в направлении большей освещенности - незаметно брюшко. Важна такая окраска и для хищников (дельфинов, акул и др.) и для их жертв.

Иной вариант скрывающей окраски - расчленяющая окраска. Она характеризуется чередованием на теле темных и светлых полос и пятен, соответствующим смене света и тени в привычной для вида среде обитания (рис. 19.7). Подобное совпадение делает организм незаметным благодаря нарушению представления о его форме. Например, тигр охотится в засаде на опушках, где пучки желтой травы чередуются с темной почвой. Зебра, питаясь листвой кустарников, в саванне практически незаметна на фоне многостволия. Кроме этого, расчленяющая окраска нарушает представление о контурах тела, что делает ее еще более эффективной.

Рис. 19.7.

Однако нередко у животных наблюдается не скрывающая окраска тела, а, напротив, привлекающая внимание, демаскирующая. Такая окраска свойственна ядовитым, обжигающим или жалящим насекомым: пчелам, осам, жукам-нарывникам. Божью коровку, очень заметную, птицы никогда не склевывают из-за выделяемого насекомым ядовитого секрета. Яркую предупреждающую окраску имеют несъедобные гусеницы, многие ядовитые змеи. Яркая окраска заранее предупреждает хищника о бесполезности и опасности нападения. Путем «проб и ошибок» хищники быстро приучаются избегать нападения на жертву с предупреждающей окраской.

Эффективность предостерегающей окраски явилась причиной очень интересного явления - подражания, или мимикрии (от греч. mimikos - подражательный). Мимикрией называется сходство беззащитного или съедобного вида с одним или несколькими неродственными видами, хорошо защищенными и обладающими предостерегающей окраской. С божьей коровкой размерами, формой тела и распределением пигментных пятен очень сходен один из видов тараканов. Некоторые съедобные бабочки подражают формой тела и окраской ядовитым бабочкам, мухи - осам. Возникновение мимикрии связано с накоплением под контролем естественного отбора мелких удачных мутаций у съедобных видов в условиях их совместного обитания с несъедобными.

Понятно, что подражание одних видов другим оправдано: истреблению подвергается значительно меньшая часть особей и того вида, который послужил моделью, и вида-подражателя. Необходимо, однако, чтобы численность вида-подражателя была значительно меньше численности модели. В противном случае мимикрия не приносит пользы: у хищника не будет вырабатываться стойкий условный рефлекс на форму или окраску, которую следует избегать. Каким же образом численность вида-имитатора поддерживается на низком уровне? Оказалось, что генофонд этих видов насыщен летальными мутациями. В гомозиготном состоянии эти мутации вызывают гибель насекомых, в результате чего высокий процент особей не доживает до половозрелого состояния.

Кроме защитной - покровительственной окраски у животных и растений наблюдаются и другие средства зашиты. У растений нередко образуются иглы и колючки, защищающие их от поедания травоядными животными (кактусов, шиповника, боярышника, облепихи 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 твердого хитинового покрова у членистоногих (жуков, крабов), 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.

Поведение. Для выживания организмов в борьбе за существование большое значение имеет приспособительное поведение. Защитное действие предупреждающей окраски повышается при сочетании ее с соответствующим поведением. Например, выпь гнездится в камышах. В минуты опасности она вытягивает шею, поднимает вверх голову и замирает. В такой позе ее трудно обнаружить даже на близком расстоянии. Многие другие животные, не обладающие средствами активной защиты, в случае опасности принимают позу покоя и замирают (насекомые, рыбы, амфибии, птицы). Предостерегающая окраска у животных, наоборот, сочетается с демонстративным поведением, отпугивающим хищника.

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 относится к грызунам. Например, полевка-экономка, распространенная в таежной зоне, собирает зерна злаков, сухую траву, корешки - всего до 10 кг. Роющие грызуны (слепыши и др.) накапливают до 14 кг кусочков корней дуба, желудей, картофеля, степного горошка. Большая песчанка, живущая в пустынях Средней Азии, в начале лета срезает траву и затаскивает ее 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 объема 20 м 3 . Запасы кормов делают и хищные животные. Норка, некоторые хорьки и псовые запасают лягушек, ужей, мелких зверьков и т.д., умертвляя их и закапывая в определенных местах.

Примером приспособительного поведения служит и время наибольшей активности. В пустынях многие животные выходят на охоту ночью, когда спадает зной. Специализация активности животных по времени суток привела, к примеру у птиц, к возникновению целых экологических групп видов. Так, «ночные хищники» (совы, филины и др.) охотятся ночью, а «дневные» - сокол, беркут, орел - при свете дня.

Опорные точки

• Вся организация любого вида живых организмов является приспособительной к тем условиям, в которых он обитает.
• Приспособления организмов к среде обитания проявляются на всех уровнях организации: биохимическом, цитологическом, гистологическом и анатомическом.
• Физиологические адаптации - пример отражения структурных особенностей организации в данных условиях существования.

• 1. Приведите примеры приспособленности организмов к условиям существования.
• 2. Почему у некоторых видов животных наблюдается яркая демаскирующая окраска?
• 3. В чем сущность явления мимикрии?
• 4. Каким путем поддерживается низкая численность вида-подражателя?
• 5. Распространяется ли действие естественного отбора на поведение животных? Приведите примеры.

Забота о потомстве. Особенно большое значение имеют приспособления, обеспечивающие защиту потомства от врагов. Забота о потомстве может проявляться в разной форме. Многие рыбы охраняют икру, откладываемую между камнями, активно отгоняя и кусая приближающихся возможных врагов. Азовские и каспийские бычки откладывают икру в ямки, вырытые в илистом дне, и охраняют ее затем в течение всего развития. Самец колюшки строит гнездо с входом и выходом. Некоторые американские сомы прилепляют икру на брюхо и носят ее на себе все время развития. Многие рыбы вынашивают икру во рту или даже в желудке. В это время родитель ничего не ест. Вылупившиеся мальки некоторое время держатся вблизи самки (или самца, в зависимости от вида) и при опасности прячутся в рот матери. Существуют виды лягушек, у которых икринки развиваются в специальной выводковой сумке на спине или в голосовых мешках самца.

Наибольшая безопасность потомства достигается, очевидно, тогда, когда зародыши развиваются в теле матери (рис. 19.8). Плодовитость в этих случаях (как и при других формах заботы о потомстве) снижается, однако это компенсируется возрастанием выживаемости молоди.

Рис. 19.8.

У членистоногих и низших позвоночных образующиеся личинки ведут самостоятельный образ жизни и не зависят от родителей. Но в некоторых случаях забота родителей о потомках проявляется в форме обеспечения их пищей. Знаменитый французский естествоиспытатель Ж.А. Фабр впервые описал такое поведение у одиночных ос. Осы нападают на жуков, пауков, сверчков, богомолов, гусениц различных бабочек, обездвиживают их, погружая жало точно в нервные узлы (рис. 19.9), и откладывают на них яйца.

Рис. 19.9. Одиночная оса тащит в свое гнездо парализованного кузнечика: будущая личинка обеспечена пищей

Вылупляющиеся личинки ос обеспечены пищей: они питаются тканями живой жертвы, растут и затем окукливаются.

Описанные примеры заботы о потомстве у членистоногих и низших позвоночных встречаются у очень небольшого числа видов. В большинстве случаев оплодотворенные яйца оставляются на произвол судьбы. Именно этим объясняется очень высокая плодовитость беспозвоночных и низших позвоночных животных. Большое число потомков в условиях высокой истребляемости молоди служит средством борьбы за существование вида в целом.

Значительно более сложные и многообразные формы заботы о потомстве наблюдаются у высших позвоночных. Сложные инстинкты и способность к индивидуальному обучению позволяют им со значительно большим успехом выращивать потомство. Так, птицы откладывают оплодотворенные яйца в специальные сооружения - гнезда , а не просто в окружающую среду, как поступают все виды нижестоящих классов. Яйца развиваются под влиянием тепла, сообщаемого им телом родителей, и не зависят от случайностей погоды. Гнездо родители защищают от врагов теми или иными способами. Выведшихся птенцов большинство видов птиц не оставляют на произвол судьбы, а длительное время выкармливают и охраняют. Все это резко повышает эффективность размножения в этой группе животных.

Наивысшей степени развития достигают формы поведения у млекопитающих животных. Это проявляется и в отношении к детенышам. Звери не только кормят свое потомство, но и обучают ловить добычу. Еще Дарвин отмечал, что хищные звери учат своих детенышей избегать опасностей, в том числе охотников.

Таким образом, особи с более совершенными формами заботы о потомстве выживают в большем числе и передают эти черты далее по наследству из поколения в поколение.

Физиологические адаптации. 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. физиологическими адаптациями. Без таких адаптаций невозможно поддержание устойчивого обмена веществ в организме в постоянно колеблющихся условиях внешней среды. Рассмотрим некоторые примеры.

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 местообитаниях 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 физиологические адаптации к жизни в неблагоприятных условиях 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, лишившись 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 м и находятся под водой 40-60 мин. Что позволяет ластоногим нырять на столь длительный срок? Это прежде всего большое количество особого пигмента, находящегося в мышцах, - миоглоби- на. Миоглобин способен в 10 раз больше связывать кислород, 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 км. У некоторых бабочек чувствительность рецепторов вкуса в 1 тыс. 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).

Относительный характер приспособленности организмов. Строение живых организмов очень тонко приспособлено к условиям существования. Любой видовой признак или свойство, носящие приспособительный характер, целесообразны в данной среде, в данных жизненных условиях. Так, все особенности строения и поведения кошки целесообразны для хищника, подстерегающего добычу в засаде: мягкие подушечки на пальцах и втягивающиеся когти, делающие походку бесшумной; огромный зрачок и высокая чувствительность сетчатки, позволяющие видеть в темноте; тонкий слух и подвижные ушные раковины, дающие возможность точно определять местонахождение жертвы; способность длительное время выжидать появления добычи и совершать молниеносный прыжок; острые зубы, удерживающие и разрывающие жертву. Точно так же организация насекомоядных растений приспособлена к ловле и перевариванию насекомых и даже мелких позвоночных (рис. 19.10).

Рис. 19.10.

Приспособления не появляются в готовом виде, а представляют результат отбора случайных наследственных изменений, повышающих жизнеспособность организмов в конкретных условиях.

Ни один из приспособительных признаков не обеспечивает абсолютной безопасности для их обладателей. Благодаря мимикрии большинство птиц не трогает ос и пчел, однако есть среди них виды, которые едят и ос, и пчел, и их подражателей. Еж и птица-секретарь без вреда поедают змей. Панцирь наземных черепах надежно защищает их от врагов, но хищные птицы поднимают их в воздух и разбивают о землю.

Любые приспособления целесообразны только в обычной для вида обстановке. При изменении условий среды они оказываются бесполезными или вредными для организма. Постоянный рост резцов грызунов - очень важная особенность, но лишь при питании твердой пищей. Если крысу держать на мягкой пище, резцы, не изнашиваясь, вырастают до таких размеров, что питание становится невозможным.

Таким образом, любая структура и любая функция являются приспособлением к характерной для вида внешней среде или, как говорят современные ученые, «здесь и сейчас». Эволюционные изменения - образование новых популяций и видов, возникновение или исчезновение органов, усложнение организации - обусловлены развитием приспособлений (адаптаций). Целесообразность живой природы - результат исторического развития видов в определенных условиях, поэтому она всегда относительна и имеет временный характер.

Опорные точки

• Забота о потомстве возникает как способ обеспечения выживания вида на фоне высокой степени развития нервной системы и является одной из форм физиологических адаптаций.
• Любые приспособления, в том числе и обусловленные поведенческими реакциями, относительны и целесообразны только в конкретных условиях существования.

Вопросы и задания для повторения

• 1. Почему у видов животных, заботящихся о потомстве, число потомков уменьшается? Приведите примеры.
• 2. В чем заключается относительный характер приспособительных признаков у организмов? Приведите примеры, характерные для растений и животных.

Относительный характер приспособленности

Развитие органов для захвата, удержания, умерщвления добычи (щупальцы).

Маскирующая окраска.

Выделение парализующих ядов.

Выработка особых способов поведения (ожидание в засаде).

Механизм возникновения приспособлений

Согласно учению Чарльза Дарвина в условиях естественного отбора выживает самый приспособленный. Следовательно, именно отбор - основная причина возникновения разнообразных приспособлений живых организмов к среде обитания. Объяснение возникновения приспособленности, данное Чарльзом Дарвином, в корне отличается от понимания этого процесса Жаном Батистом Ламарком, который выдвинул идею о врожденной способности организмов изменятся под влиянием среды только в полезную для них сторону. У всех известных осьминогов меняющаяся окраска надежно защищает их от большинства хищников. Трудно представить, что образование такой изменяющейся окраски вызвано прямым влиянием среды. Только действием естественного отбора можно объяснить возникновение такого приспособления: далеким предкам осьминога могло бы помочь выжить даже простая маскировка. Постепенно, в течение миллионов поколений, оставались в живых только те особи, которые случайно оказывались обладателями все более и более развитой окраски. Именно им удалось оставить потомство и передать ему свои наследственные особенности.

Соответствуя конкретной среде обитания, приспособления теряют свое значение при ее изменении. Доказательством относительного характера приспособленности могут быть следующие факты:

защитные приспособления от одних врагов оказываются не эффективными от других;

проявление инстинктов у животных может оказаться нецелесообразным;

полезный в одних условиях орган становится бесполезным и даже относительно вредным в другой среде;

возможны и более совершенные приспособления к данной среде обитания.

Некоторые виды животных и растений быстро размножались и широко распространялись в совершенно новых для них районах земного шара, куда были случайно или намеренно завезены человеком.

Таким образом, относительный характер приспособленности противоречит утверждению об абсолютной целесообразности в живой природе.

Такие приспособление как покровительственная окраска возникала путем постепенного отбора всех тех мелких уклонений в форме тела, в распределении определенных пигментов, во врожденном поведении, которые существовали в популяциях предков этих животных. Одной из важнейших характеристик естественного отбора является его кумулятивность - его способность накапливать и усиливать эти уклонения в ряду поколений, слагая изменения отдельных генов и контролируемых ими систем организмов.

Естественный отбор подхватывает все те мельчайшие изменения, которые усиливают сходство в окраске и форме с субстратом, сходство между съедобным видом и тем несъедобным видом, которому он подражает. Следует учитывать, что разные виды хищников пользуются разными методами поиска добычи. Одни обращают внимание на форму, другие на окраску, одни обладают цветным зрением, другие нет. Поэтому естественный отбор автоматически усиливает, насколько это возможно, сходство между имитатором и моделью и приводит к тем изумительным адаптациям, которые мы наблюдаем в живой природе.

Естественный отбор - движущая сила эволюции

Естественный отбор - это процесс, направленный на предпочтительное выживание более приспособленных и уничтожение менее приспособленных организмов. Более приспособленные особи имеют возможность оставить потомство. Материалом для отбора служат индивидуальные наследственные изменения. Вредные изменения снижают плодовитость и выживаемость особей, полезные - накапливаются в популяции. Отбор всегда имеет направленный характер: он сохраняет те изменения, которые наиболее соответствуют условиям окружающей среды, повышают плодовитость особей.

Отбор может быть индивидуальным, направленным на сохранение единичных особей с признаками, обеспечивающими успех в борьбе за существование в пределах популяции. Он может быть и групповым, закрепляющим благоприятные для группы признаки.

И. И. Шмальгаузен определил формы естественного отбора.

1. Стабилизирующий - направлен на поддержание средней нормы реакции признака против особей с крайними, отклоняющимися признаками. Отбор действует в постоянных условиях среды, консервативен, направлен на сохранение основных признаков вида в неизменности.

2. Движущий - приводит к закреплению уклоняющихся признаков. Отбор действует в изменяющихся условиях среды, приводит к изменению средней нормы реакции, эволюции вида.

3. Дизруптивный, разрывающий, - направлен на поддержание особей с крайними признаками и уничтожение особей со средними признаками. Действует в изменяющихся условиях, приводит к расколу единой популяции и образованию двух новых популяций с противоположными признаками. Отбор может привести к появлению новых популяций и видов. Например, популяции бескрылых и крылатых форм насекомых.

Любая форма отбора происходит не случайно, действует через сохранение и накопление полезных признаков. Отбор идет тем успешнее для вида, чем больше спектр изменчивости и больше разнообразие генотипов.

Приспособленность - относительная целесообразность строения и функций организма, являющаяся результатом естественного отбора, устраняющего неприспособленных особей. Признаки возникают в результате мутаций. Если они повышают жизнеспособность организма, его плодовитость, позволяют расширить ареал, то такие признаки "подхватываются" отбором, закрепляются в потомстве и становятся приспособлениями.

Виды приспособлений.

Форма тела животных позволяет им легко передвигаться в соответствующей среде, делает организмы малозаметными среди предметов. Например, обтекаемая форма тела рыб, наличие длинных конечностей у кузнечика.

Маскировка - приобретение сходства организма с каким-либо предметом окружающей среды, например, сходство с сухим листом или корой деревьев крыльев бабочки. Форма тела палочника делает его незаметным среди сучьев растений. Рыба-игла не видна среди водорослей. У растений форма цветка: положение на побеге способствует опылению.

Покровительственная окраска скрывает организм в окружающей среде, делает его незаметным. Например, белая окраска у зайца, зеленая - у кузнечика. Расчленяющая окраска - чередование светлых и темных полос на теле создает иллюзию светотени, размывает контуры животного (зебры, тигры).

Предостерегающая окраска указывает на наличие ядовитых веществ или специальных органов защиты, на опасность организма для хищника (осы, змеи, божьи коровки).

Мимикрия - подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида (или предметам среды), что оберегает его от истребления (осовидные мухи, неядовитые змеи).

Приспособительное поведение у животных - это угрожающая поза, предупреждающая и отпугивающая врага, замирание, забота о потомстве, запасание корма, постройка гнезда, норы. Поведение животных направлено на защиту и сохранение от врагов и вредных воздействий факторов среды.

У растений также выработались приспособления: колючки предохраняют от поедания; яркая окраска цветков привлекает насекомых-опылителей; разное время созревания пыльцы и семязачатков препятствует самоопылению; разнообразие плодов способствует распространению семян.

Все приспособления имеют относительный характер, так как действуют в определенных условиях, к которым адаптирован организм. При изменении условий приспособления могут не защитить организм от гибели, а следовательно, признаки перестают быть приспособительными. Узкая специализация может стать причиной гибели в изменившихся условиях.

Причина возникновения приспособлений заключается в том, что организмы, не соответствующие данным условиям, погибают и не оставляют потомства. Организмы, выжившие в борьбе за существование, имеют возможность передать свой генотип и закрепить его в поколениях.

Естественный отбор всегда имеет характер приспособительной реакции к условиям существования. Все признаки живых организмов приспособлены к условиям их существования. Приспособленностью отличаются внутреннее и внешнее строение организмов, поведение животных и т.п.

Так, например, интенсивность размножения выше у тех существ, потомство которых в своей массе погибает. Треска, не заботящаяся о своем потомстве, мечет за период нереста около 5 млн икринок. Сам­ка маленькой морской рыбки, пятнадцатииглой колюшки, самец ко­торой охраняет гнездо с икринками, мечет всего несколько десятков икринок. Слониха, потомству которой в природе почти ничто не уг­рожает, в течение своей долгой жизни приносит не более 6 слонят, а вот человеческая аскарида, абсолютное большинство потомства которой гибнет, в течение года откладывает по 200 тыс. яиц каждые сутки.

Ветроопыляемые растения производят огромное количество мел­кой, сухой, очень легкой пыльцы. Рыльца пестиков их цветков боль­шие и имеют перистую форму. Все это помогает им эффективнее опыляться. А у насекомоопыляемых растений пыльцы гораздо мень­ше, она крупная и липкая, цветки у них имеют нектарники и яркую окраску для привлечения насекомых-опылителей.

Яркие примеры приспособленности - покровительственная ок­раска и мимикрия. Мимикрия - подражание опасным видам - на­блюдается у многих животных. Например, некоторые безобидные не­ядовитые змеи приобрели значительное сходство с ядовитыми сородичами, что помогает им избегать нападения хищников.

Теория Дарвина объясняет появление приспособленности наслед­ственной изменчивостью и естественным отбором.

Однако всегда надо учитывать, что приспособленность относи­тельна. То есть любое приспособление помогает выживать только в тех условиях, в которых оно формировалось. Стоит условиям изме­ниться, и ранее полезный признак превратится во вредный и приведет к гибели. Например, прекрасно летающий стриж имеет очень длин­ные узкие крылья. Однако такая специализация крыла привела к тому, что стриж не может взлетать с ровных поверхностей и, если ему не с чего спрыгнуть, погибает.

Относительный характер приспособленности можно рассмотреть также на следующем примере: в промышленных районах Европы, где вследствие интенсивного развития производства погибли светло­окрашенные лишайники, покрывавшие стволы деревьев, темноокра- шенные особи бабочек вытеснили светлоокрашенных особей. Это явление получило название индустриального меланизма. Дело в том, что светлые насекомые очень хорошо заметны на темном фоне и преимущественно поедаются птицами. А в сельских районах наобо­рот - темные насекомые хорошо заметны на светлых стволах, и именно они уничтожаются птицами. Таким образом, естественный отбор положил начало дивергенции (расхождению) внутри вида, что может привести сначала к появлению подвидов, а затем и новых видов.

Образование новых видов - это и есть важнейший этап в процес­се эволюции.

Эволюционный процесс подразделяют на микро- и макроэволю­цию. Микроэволюция - это процесс перестройки внутри вида, при­водящий к образованию новых популяций, подвидов и заканчиваю­щийся образованием новых видов.

Таким образом, микроэволюция - это самый начальный этап эво­люционного процесса, который может происходить в относительно короткие промежутки времени и который можно наблюдать и изучать непосредственно.

В результате наследственной (мутационной) измен­чивости происходят случайные изменения генотипа. Самопроизволь­ная частота мутаций довольно высока, и 1-2% половых клеток имеют мутировавшие гены или измененные хромосомы. Мутации чаще всего рецессивны и редко бывают полезными для вида. Однако если в ре­зультате мутации возникают полезные для какой-либо особи измене­ния, то она получает некоторые преимущества перед другими особя­ми популяции: получает больше пищи или делается устойчивее к влияниям болезнетворных бактерий и вирусов и т.п. Например, воз­никновение длинной шеи позволило предкам жирафа питаться листь­ями с высоких деревьев, что обеспечивало им больше корма, чем осо­бям популяции с короткой шеей.

Таким образом, с возникновением нового признака начинается процесс дивергенции, то есть расхождения признаков внутри попу­ляции.

В популяции любого вида существуют волны численности. В бла­гоприятные годы численность популяции возрастает: происходит ин­тенсивное размножение, большинство молодых и старых особей вы­живает. В неблагоприятные годы численность популяции может резко упасть: множество особей, особенно молодых и старых, погибает, ин­тенсивность размножения снижается. Такие волны зависят от многих факторов: от изменений климата, количества пищи, количества вра­гов, патогенных микроорганизмов и т.п. В неблагоприятные для по­пуляции годы могут сложиться условия, когда в живых останутся только те особи, которые в результате мутации приобрели полезный признак. Например, во время засухи короткошеие предки жирафа могли погибнуть от голода, и длинношеие особи и их потомство ста­ли преобладать в популяции. Таким образом, за довольно короткий промежуток времени в результате естественного отбора могла поя­виться «длинношеяя» популяция парнокопытных животных. Но если бы особи этой популяции могли свободно скрещиваться с «коротко­шеими» родственниками из соседних популяций, то тогда новый вид не смог бы возникнуть.

Таким образом, следующим необходимым фактором микроэво­люции является изоляция популяции особей с возникшим новым признаком от популяции особей, не имеющих этого признака. Изоля­ция может осуществляться несколькими путями.

1. Географическая изоляция как фактор видообразования. Этот вид

изоляции связан с расширением зоны обитания вида - ареала.

При этом новые популяции попадают в иные по сравнению с дру­гими популяциями условия: климатические, почвенные и т.п. В популяции постоянно происходят наследственные изменения, действует естественный отбор - в результате этих процессов ге­нофонд популяции меняется, и возникает новый подвид. Свобод­ному скрещиванию новых популяций или подвидов между собой могут мешать разрывы ареала за счет рек, гор, ледников и т.п. Так, например, на основе географических факторов изоля­ции из одного вида ландышей за несколько миллионов лет возник целый ряд видов. Этот путь видообразования - медленный, происходящий на протяжении сотен, тысяч и миллионов поколе­ний.

2. Временная изоляция как фактор видообразования. Этот вид изо­ляции связан с тем, что в случае несовпадения сроков размноже­ния два близких подвида не смогут скрещиваться, и дальнейшая дивергенция приведет к образованию двух новых видов. Таким образом возникают новые виды рыб, если сроки нереста подвидов не совпадают, или новые виды растений, если не совпадают сроки цветения подвидов.

3. Репродуктивная изоляция как фактор видообразования. Этот вид изоляции возникает при невозможности скрещивания особей двух подвидов из-за несоответствия в строении половых органов, раз­личий в поведении, несовместимости генетического материала.

В любом случае всякая изоляция приводит к репродуктивному разобщению - т.е. к невозможности скрещивания возникающих видов.

Таким образом, процесс микроэволюции можно разделить на сле­дующие этапы:

1. Спонтанные мутации и начало дивергенции в пределах одной по­пуляции.

2. Естественный отбор наиболее приспособленных особей, про­должение дивергенции.

3. Гибель менее приспособленных особей в результате влияния ус­ловий среды - продолжение естественного отбора и образование новых популяций и подвидов.

4. Изоляция подвидов, приводящая вследствие репродуктивного разобщения к появлению новых видов.