Glavni načini i oblici prilagođavanja živih organizama uslovima životne sredine. Fotoperiodizam. Oblici adaptacije Primjeri anatomske morfološke adaptacije

Reakcije na nepovoljne faktore okoline samo su pod određenim uslovima štetne za žive organizme, au većini slučajeva imaju adaptivnu vrijednost. Stoga je ove odgovore Selye nazvao "sindromom opšte adaptacije". U kasnijim radovima koristio je pojmove "stres" i "sindrom generalne adaptacije" kao sinonime.

Adaptacija- ovo je genetski determinisani proces formiranja zaštitnih sistema koji obezbeđuju povećanje stabilnosti i tok ontogeneze u za nju nepovoljnim uslovima.

Adaptacija je jedan od najvažnijih mehanizama koji povećava stabilnost biološkog sistema, pa i biljnog organizma, u promenjenim uslovima postojanja. Što je organizam bolje prilagođen nekom faktoru, to je otporniji na njegove fluktuacije.

Genotipski određena sposobnost organizma da mijenja metabolizam u određenim granicama, u zavisnosti od djelovanja vanjske sredine, naziva se brzina reakcije. Kontroliše ga genotip i karakterističan je za sve žive organizme. Većina modifikacija koje se dešavaju u granicama reakcione norme su od adaptivnog značaja. Odgovaraju promjenama u staništu i omogućavaju bolji opstanak biljaka u promjenjivim uvjetima okoline. U tom smislu, takve modifikacije su od evolucijske važnosti. Termin "brzina reakcije" uveo je V.L. Johansen (1909).

Što je veća sposobnost vrste ili varijeteta da se modificira u skladu sa okolinom, to je šira brzina njene reakcije i veća je sposobnost prilagođavanja. Ovo svojstvo razlikuje otporne sorte poljoprivrednih kultura. U pravilu, blage i kratkotrajne promjene faktora okoliša ne dovode do značajnijih narušavanja fizioloških funkcija biljaka. To je zbog njihove sposobnosti da održe relativnu dinamičku ravnotežu unutrašnjeg okruženja i stabilnost osnovnih fizioloških funkcija u promjenjivom vanjskom okruženju. Istovremeno, oštri i dugotrajni udari dovode do poremećaja mnogih funkcija biljke, a često i do njene smrti.

Adaptacija uključuje sve procese i adaptacije (anatomske, morfološke, fiziološke, bihevioralne, itd.) koji povećavaju stabilnost i doprinose opstanku vrste.

1.Anatomske i morfološke adaptacije. Kod nekih predstavnika kserofita, dužina korijenskog sistema doseže nekoliko desetina metara, što omogućava biljci da koristi podzemne vode i ne doživi nedostatak vlage u uvjetima tla i atmosferske suše. Kod ostalih kserofita, prisustvo debele kutikule, pubescencija listova i transformacija listova u bodlje smanjuju gubitak vode, što je veoma važno u uslovima nedostatka vlage.

Zapaljene dlake i bodlje štite biljke od toga da ih životinje pojedu.

Drveće u tundri ili na visokim planinskim visinama izgleda kao zdepasto puzavo grmlje, zimi je prekriveno snijegom, koji ih štiti od jakih mrazeva.

U planinskim predjelima s velikim dnevnim kolebanjima temperature, biljke često imaju oblik spljoštenih jastuka s gusto raspoređenim brojnim stabljikama. To vam omogućava da zadržite vlagu unutar jastuka i relativno ujednačenu temperaturu tokom cijelog dana.

U močvarnim i vodenim biljkama formira se poseban vazdušni parenhim (aerenhim) koji je rezervoar vazduha i olakšava disanje biljnih delova uronjenih u vodu.

2. Fiziološke i biohemijske adaptacije. U sukulentima, adaptacija za uzgoj u pustinjskim i polupustinjskim uslovima je asimilacija CO 2 tokom fotosinteze duž CAM puta. Ove biljke imaju zatvorene puške tokom dana. Tako postrojenje čuva unutrašnje rezerve vode od isparavanja. U pustinjama, voda je glavni faktor koji ograničava rast biljaka. Stoma se otvara noću i u to vrijeme CO 2 ulazi u fotosintetska tkiva. Naknadno uključivanje CO2 u fotosintetski ciklus događa se danju već sa zatvorenim stomama.

Fiziološke i biohemijske adaptacije uključuju mogućnost otvaranja i zatvaranja stomata, u zavisnosti od spoljašnjih uslova. Sinteza u stanicama apscizinske kiseline, prolina, zaštitnih proteina, fitoaleksina, fitoncida, povećanje aktivnosti enzima koji suzbijaju oksidativni razgradnju organskih tvari, nakupljanje šećera u stanicama i niz drugih promjena u metabolizmu doprinose povećanje otpornosti biljaka na nepovoljne uslove okoline.

Istu biohemijsku reakciju može izvesti nekoliko molekularnih oblika istog enzima (izoenzima), dok svaka izoforma ispoljava katalitičku aktivnost u relativno uskom rasponu nekih parametara okoline, kao što je temperatura. Prisustvo brojnih izoenzima omogućava biljci da izvede reakciju u mnogo širem rasponu temperatura, u poređenju sa svakim pojedinačnim izoenzima. To omogućava biljci da uspješno obavlja vitalne funkcije u promjenjivim temperaturnim uvjetima.

3. Adaptacije ponašanja, odnosno izbjegavanje štetnog faktora. Primjer su efemera i efemeroidi (mak, zvijezda, krokusi, tulipani, snježne kapljice). Oni prolaze kroz cijeli ciklus svog razvoja u proljeće 1,5-2 mjeseca, čak i prije početka vrućine i suše. Tako na neki način odlaze, odnosno izbjegavaju da padnu pod utjecaj stresora. Na sličan način, ranozrele sorte poljoprivrednih kultura formiraju usjev prije pojave nepovoljnih sezonskih događaja: kolovozne magle, kiše, mrazeva. Stoga je odabir mnogih poljoprivrednih kultura usmjeren na stvaranje ranih zrelih sorti. Višegodišnje biljke prezimljuju kao rizomi i lukovice u tlu pod snijegom, što ih štiti od smrzavanja.

Adaptacija biljaka na nepovoljne faktore odvija se istovremeno na više nivoa regulacije - od jedne ćelije do fitocenoze. Što je viši nivo organizacije (ćelija, organizam, populacija), veći je broj mehanizama koji su istovremeno uključeni u adaptaciju biljaka na stres.

Regulacija metaboličkih i adaptivnih procesa unutar ćelije vrši se uz pomoć sistema: metaboličkog (enzimskog); genetski; membrana. Ovi sistemi su usko povezani. Dakle, svojstva membrana zavise od aktivnosti gena, a diferencijalna aktivnost samih gena je pod kontrolom membrana. Sinteza enzima i njihova aktivnost kontrolišu se na genetskom nivou, a istovremeno enzimi regulišu metabolizam nukleinskih kiselina u ćeliji.

Na nivo organizmaćelijskim mehanizmima adaptacije dodaju se novi, koji odražavaju interakciju organa. U nepovoljnim uvjetima biljke stvaraju i zadržavaju toliki broj elemenata voća koji su u dovoljnim količinama opskrbljeni potrebnim tvarima za formiranje punopravnog sjemena. Na primjer, u cvatovima kultivisanih žitarica i u krošnjama voćaka, u nepovoljnim uvjetima može otpasti više od polovine položenih jajnika. Takve promjene su zasnovane na kompetitivnim odnosima između organa za fiziološki aktivne i hranljive materije.

U uslovima stresa, procesi starenja i opadanja donjih listova se naglo ubrzavaju. U isto vrijeme, tvari potrebne za biljke prelaze iz njih u mlade organe, odgovarajući na strategiju preživljavanja organizma. Zahvaljujući recikliranju nutrijenata iz donjih listova, mlađi, gornji listovi, ostaju održivi.

Postoje mehanizmi regeneracije izgubljenih organa. Na primjer, površina rane je prekrivena sekundarnim integumentarnim tkivom (periderm rane), rana na deblu ili grani se zacjeljuje uljevima (kalusima). Gubitkom vršnog izdanka, u biljkama se bude uspavani pupoljci i intenzivno se razvijaju bočni izdanci. Proljetna obnova lišća umjesto opalog u jesen također je primjer prirodne regeneracije organa. Regeneracija kao biološki uređaj koji obezbeđuje vegetativno razmnožavanje biljaka segmentima korena, rizoma, steljke, stabljike i lisnih reznica, izolovanih ćelija, pojedinačnih protoplasta, od velikog je praktičnog značaja za biljnu proizvodnju, voćarstvo, šumarstvo, ukrasno baštovanstvo itd.

Hormonski sistem je takođe uključen u procese zaštite i adaptacije na biljnom nivou. Na primjer, pod utjecajem nepovoljnih uvjeta u biljci, naglo se povećava sadržaj inhibitora rasta: etilena i apscisne kiseline. Smanjuju metabolizam, inhibiraju procese rasta, ubrzavaju starenje, opadanje organa i prelazak biljke u stanje mirovanja. Inhibicija funkcionalne aktivnosti pod stresom pod uticajem inhibitora rasta je karakteristična reakcija za biljke. Istovremeno se smanjuje sadržaj stimulansa rasta u tkivima: citokinina, auksina i giberelina.

Na nivo populacije dodaje se selekcija, što dovodi do pojave prilagođenijih organizama. Mogućnost selekcije određena je postojanjem intrapopulacijske varijabilnosti otpornosti biljaka na različite faktore sredine. Primjer unutarpopulacijske varijabilnosti otpornosti može biti neprijatan izgled sadnica na zaslanjenom tlu i povećanje varijacije u vremenu klijanja s povećanjem djelovanja stresora.

Vrsta u savremenom pogledu sastoji se od velikog broja biotipova - manjih ekoloških jedinica, genetski identičnih, ali pokazuju različitu otpornost na faktore sredine. U različitim uslovima nisu svi biotipovi podjednako vitalni, a kao rezultat konkurencije ostaju samo oni od njih koji najbolje ispunjavaju date uslove. Odnosno, otpor populacije (varijeteta) na određeni faktor je određen otpornošću organizama koji čine populaciju. Otporne sorte u svom sastavu imaju skup biotipova koji pružaju dobru produktivnost čak iu nepovoljnim uvjetima.

Istovremeno, u procesu dugotrajnog uzgoja, sastav i odnos biotipova u populaciji se mijenja u sortama, što utiče na produktivnost i kvalitet sorte, često ne na bolje.

Dakle, adaptacija obuhvata sve procese i adaptacije koji povećavaju otpornost biljaka na nepovoljne uslove okoline (anatomske, morfološke, fiziološke, biohemijske, bihejvioralne, populacijske itd.)

Ali da biste odabrali najefikasniji način adaptacije, glavna stvar je vrijeme tokom kojeg se tijelo mora prilagoditi novim uvjetima.

Uz iznenadno djelovanje ekstremnog faktora, reakcija se ne može odgoditi, ona mora uslijediti odmah kako bi se isključila nepovratna oštećenja biljke. Kod dugoročnih uticaja male sile, adaptivna prestrojavanja se javljaju postepeno, dok se izbor mogućih strategija povećava.

U tom smislu, postoje tri glavne strategije prilagođavanja: evolucijski, ontogenetski i hitno. Zadatak strategije je efikasno korištenje raspoloživih resursa za postizanje glavnog cilja – opstanak organizma pod stresom. Strategija adaptacije je usmjerena na održavanje strukturnog integriteta vitalnih makromolekula i funkcionalne aktivnosti ćelijskih struktura, održavanje sistema regulacije vitalne aktivnosti i snabdijevanje biljaka energijom.

Evolucijske ili filogenetske adaptacije(filogenija - razvoj biološke vrste u vremenu) - to su adaptacije koje nastaju tokom evolucijskog procesa na osnovu genetskih mutacija, selekcije i nasljeđuju se. Oni su najpouzdaniji za preživljavanje biljaka.

Svaka vrsta biljaka u procesu evolucije razvila je određene potrebe za uslovima postojanja i prilagodljivosti ekološkoj niši koju zauzima, stabilnom adaptacijom organizma na okolinu. Tolerancija na vlagu i hladovinu, otpornost na toplotu, otpornost na hladnoću i druge ekološke karakteristike pojedinih biljnih vrsta formirane su kao rezultat dugotrajnog delovanja relevantnih uslova. Tako su biljke koje vole toplinu i biljke kratkog dana karakteristične za južne geografske širine, a manje zahtjevne za toplinom i biljke dugog dana karakteristične su za sjeverne geografske širine. Poznate su brojne evolucijske adaptacije biljaka kserofita na sušu: ekonomično korištenje vode, duboko usađeni korijenski sistem, opadanje lišća i prelazak u stanje mirovanja i druge adaptacije.

S tim u vezi sorte poljoprivrednih biljaka pokazuju otpornost upravo na one faktore okoline protiv kojih se vrši uzgoj i selekcija proizvodnih oblika. Ako se selekcija odvija u nizu uzastopnih generacija u pozadini stalnog utjecaja nekog nepovoljnog faktora, tada se otpornost sorte na njega može značajno povećati. Prirodno je da su sorte koje uzgaja Istraživački institut za poljoprivredu Jugoistoka (Saratov) otpornije na sušu od sorti stvorenih u uzgojnim centrima moskovske regije. Na isti način, u ekološkim zonama sa nepovoljnim zemljišno-klimatskim uslovima formirane su otporne lokalne biljne sorte, a endemske biljne vrste otporne su na stresor koji je izražen u njihovom staništu.

Karakterizacija otpornosti sorti jare pšenice iz kolekcije Sveruskog instituta za biljnu industriju (Semenov et al., 2005.)

U prirodnom okruženju uslovi sredine se obično veoma brzo menjaju, a vreme tokom kojeg faktor stresa dostigne štetni nivo nije dovoljno za formiranje evolucionih adaptacija. U tim slučajevima biljke koriste ne trajne, već stresorom izazvane odbrambene mehanizme, čije je formiranje genetski predodređeno (definirano).

Ontogenetske (fenotipske) adaptacije nisu povezani s genetskim mutacijama i nisu naslijeđeni. Formiranje takvih adaptacija zahtijeva relativno dugo vrijeme, pa se nazivaju dugotrajnim adaptacijama. Jedan od ovih mehanizama je sposobnost brojnih biljaka da formiraju put fotosinteze tipa CAM koji štedi vodu u uslovima nedostatka vode uzrokovanog sušom, salinitetom, niskim temperaturama i drugim stresorima.

Ova adaptacija je povezana sa indukcijom ekspresije gena fosfoenolpiruvat karboksilaze, koji je u normalnim uslovima neaktivan, i gena drugih enzima CAM puta unosa CO2, sa biosintezom osmolita (prolina), uz aktivaciju antioksidansa. sistema, te sa promjenama u dnevnim ritmovima stomatalnih pokreta. Sve to dovodi do vrlo ekonomične potrošnje vode.

U ratarskim kulturama, na primjer, u kukuruzu, aerenhim je odsutan u normalnim uslovima uzgoja. Ali u uslovima poplave i nedostatka kiseonika u tkivima u korenu, neke od ćelija primarnog korteksa korena i stabljike umiru (apoptoza, ili programirana ćelijska smrt). Na njihovom mjestu formiraju se šupljine kroz koje se kisik prenosi iz nadzemnog dijela biljke do korijenskog sistema. Signal za smrt ćelije je sinteza etilena.

Hitna adaptacija javlja se brzim i intenzivnim promjenama životnih uslova. Zasnovan je na formiranju i funkcionisanju sistema zaštite od udara. Sistemi odbrane od šoka uključuju, na primjer, sistem proteina toplotnog šoka, koji se formira kao odgovor na brzo povećanje temperature. Ovi mehanizmi obezbeđuju kratkoročne uslove za preživljavanje pod dejstvom štetnog faktora i na taj način stvaraju preduslove za formiranje pouzdanijih dugoročnih specijalizovanih mehanizama adaptacije. Primjer specijalizovanih mehanizama adaptacije je novo formiranje antifriz proteina na niskim temperaturama ili sinteza šećera tokom prezimljavanja ozimih usjeva. U isto vrijeme, ako štetni učinak faktora premašuje zaštitne i reparativne sposobnosti tijela, tada neizbježno dolazi do smrti. U tom slučaju organizam umire u fazi hitne ili u fazi specijalizovane adaptacije, u zavisnosti od intenziteta i trajanja ekstremnog faktora.

Razlikovati specifično i nespecifičan (opći) reakcije biljaka na stresore.

Nespecifične reakcije ne zavise od prirode faktora koji djeluje. Isti su pod dejstvom visokih i niskih temperatura, manjka ili viška vlage, visoke koncentracije soli u tlu ili štetnih gasova u vazduhu. U svim slučajevima povećava se propusnost membrana u biljnim stanicama, poremećeno je disanje, povećava se hidrolitička razgradnja tvari, povećava se sinteza etilena i apscizinske kiseline, inhibira se dioba i produljenje stanica.

U tabeli je prikazan kompleks nespecifičnih promjena koje nastaju u biljkama pod utjecajem različitih faktora okoline.

Promene fizioloških parametara u biljkama pod uticajem stresnih uslova (prema G.V., Udovenko, 1995.)

Na osnovu podataka u tabeli može se vidjeti da je otpornost biljaka na više faktora praćena jednosmjernim fiziološkim promjenama. To daje razlog za vjerovanje da povećanje otpornosti biljaka na jedan faktor može biti praćeno povećanjem otpornosti na drugi. Ovo je potvrđeno eksperimentima.

Eksperimenti na Institutu za fiziologiju bilja Ruske akademije nauka (Vl. V. Kuznjecov i drugi) pokazali su da kratkotrajna termička obrada biljaka pamuka prati povećanje njihove otpornosti na kasniju salinizaciju. A prilagođavanje biljaka na slanost dovodi do povećanja njihove otpornosti na visoke temperature. Toplotni šok povećava sposobnost biljaka da se prilagode narednoj suši i, obrnuto, u procesu suše raste otpornost organizma na visoke temperature. Kratkotrajno izlaganje visokim temperaturama povećava otpornost na teške metale i UV-B zračenje. Prethodna suša pogoduje opstanku biljaka u uslovima saliniteta ili hladnoće.

Proces povećanja otpornosti organizma na dati faktor okoline kao rezultat adaptacije na faktor drugačije prirode naziva se unakrsna adaptacija.

Za proučavanje općih (nespecifičnih) mehanizama rezistencije od velikog je interesa odgovor biljaka na faktore koji uzrokuju nedostatak vode u biljkama: salinitet, sušu, niske i visoke temperature i neke druge. Na nivou cijelog organizma, sve biljke na isti način reaguju na nedostatak vode. Karakterizira ga inhibicija rasta izdanaka, pojačan rast korijenskog sistema, sinteza apscizinske kiseline i smanjenje provodljivosti stomata. Nakon nekog vremena, donji listovi brzo stare i opaža se njihovo odumiranje. Sve ove reakcije imaju za cilj smanjenje potrošnje vode smanjenjem površine isparavanja, kao i povećanjem upijajuće aktivnosti korijena.

Specifične reakcije su reakcije na djelovanje bilo kojeg faktora stresa. Dakle, fitoaleksini (supstance sa antibiotskim svojstvima) se sintetiziraju u biljkama kao odgovor na kontakt sa patogenima (patogeni).

Specifičnost ili nespecifičnost odgovora podrazumijeva, s jedne strane, odnos biljke prema različitim stresorima, a s druge strane karakteristične reakcije biljaka različitih vrsta i sorti na isti stresor.

Ispoljavanje specifičnih i nespecifičnih odgovora biljaka zavisi od jačine stresa i brzine njegovog razvoja. Specifične reakcije se češće javljaju ako se stres sporo razvija, a tijelo ima vremena da se obnovi i prilagodi mu. Nespecifične reakcije obično se javljaju uz kraće i jače djelovanje stresora. Funkcioniranje nespecifičnih (općih) mehanizama otpora omogućava biljci da izbjegne velike energetske troškove za formiranje specijaliziranih (specifičnih) mehanizama adaptacije kao odgovor na bilo koje odstupanje od norme u njihovim životnim uvjetima.

Otpornost biljaka na stres zavisi od faze ontogeneze. Najstabilnije biljke i biljni organi u stanju mirovanja: u obliku sjemena, lukovica; drvenaste trajnice - u stanju dubokog mirovanja nakon opadanja listova. Biljke su najosjetljivije u mladosti, jer se u stresnim uslovima prvenstveno oštećuju procesi rasta. Drugi kritični period je period formiranja gameta i oplodnje. Dejstvo stresa u ovom periodu dovodi do smanjenja reproduktivne funkcije biljaka i smanjenja prinosa.

Ako se stresni uslovi ponavljaju i imaju mali intenzitet, onda doprinose otvrdnjavanju biljaka. Ovo je osnova za metode za povećanje otpornosti na niske temperature, toplotu, salinitet i povećan sadržaj štetnih gasova u vazduhu.

Pouzdanost biljnog organizma određena je njegovom sposobnošću da spriječi ili otkloni kvarove na različitim nivoima biološke organizacije: molekularnoj, supćelijskoj, ćelijskoj, tkivnoj, organskoj, organskoj i populacijskoj.

Kako bi se spriječili poremećaji u životu biljaka pod utjecajem nepovoljnih faktora, principi redundantnost, heterogenost funkcionalno ekvivalentnih komponenti, sistemi za popravku izgubljenih konstrukcija.

Redundantnost struktura i funkcionalnosti jedan je od glavnih načina da se osigura pouzdanost sistema. Redundancija i redundantnost imaju višestruke manifestacije. Na subćelijskom nivou, rezervisanje i umnožavanje genetskog materijala doprinosi povećanju pouzdanosti biljnog organizma. To se postiže, na primjer, dvostrukom spiralom DNK, povećanjem ploidnosti. Pouzdanost funkcionisanja biljnog organizma u promjenjivim uvjetima podržava i prisustvo različitih molekula RNK glasnika i formiranje heterogenih polipeptida. To uključuje izoenzime koji kataliziraju istu reakciju, ali se razlikuju po svojim fizičko-hemijskim svojstvima i stabilnosti molekularne strukture u promjenjivim uvjetima okoline.

Na ćelijskom nivou, primjer redundancije je višak ćelijskih organela. Tako je utvrđeno da je dio raspoloživih hloroplasta dovoljan da biljci obezbijedi produkte fotosinteze. Preostali hloroplasti, takoreći, ostaju u rezervi. Isto važi i za ukupan sadržaj hlorofila. Redundantnost se također manifestira u velikoj akumulaciji prekursora za biosintezu mnogih jedinjenja.

Na nivou organizma, princip redundancije se izražava u formiranju i polaganju u različito vrijeme više izdanaka, cvjetova, klasića nego što je potrebno za smjenu generacija, u ogromnoj količini polena, sjemenki, sjemenki.

Na nivou populacije, princip redundancije se manifestuje u velikom broju jedinki koje se razlikuju po otpornosti na određeni faktor stresa.

Sistemi za popravke također rade na različitim nivoima - molekularnom, ćelijskom, organizmu, populaciji i biocenotičkom. Reparativni procesi idu uz utrošak energije i plastičnih tvari, stoga je reparacija moguća samo ako se održava dovoljna brzina metabolizma. Ako se metabolizam zaustavi, prestaje i reparacija. U ekstremnim uslovima spoljašnje sredine, očuvanje disanja je posebno važno, jer upravo disanje obezbeđuje energiju za reparacione procese.

Redukciona sposobnost ćelija adaptiranih organizama određena je otpornošću njihovih proteina na denaturaciju, odnosno stabilnošću veza koje određuju sekundarnu, tercijarnu i kvartarnu strukturu proteina. Na primjer, otpornost zrelog sjemena na visoke temperature obično se povezuje s činjenicom da nakon dehidracije njihovi proteini postaju otporni na denaturaciju.

Glavni izvor energetskog materijala kao supstrata za disanje je fotosinteza, stoga opskrba energijom ćelije i povezani procesi reparacije zavise od stabilnosti i sposobnosti fotosintetskog aparata da se oporavi od oštećenja. Za održavanje fotosinteze u ekstremnim uvjetima u biljkama, aktivira se sinteza komponenti tilakoidne membrane, inhibira se oksidacija lipida, a ultrastruktura plastida se obnavlja.

Na nivou organizma, primjer regeneracije je razvoj zamjenskih izdanaka, buđenje uspavanih pupoljaka kada su tačke rasta oštećene.

Ako pronađete grešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.

U osnovi, sistemi adaptacije se na ovaj ili onaj način odnose na hladnoću, što je sasvim logično - ako uspijete preživjeti u dubokom minusu, ostale opasnosti neće biti tako strašne. Isto se, inače, odnosi i na ekstremno visoke temperature. Ko je u stanju da se prilagodi, najvjerovatnije neće nigdje nestati.

Arktički zec su najveći zečevi u Sjevernoj Americi, koji iz nekog razloga imaju relativno kratke uši. Ovo je sjajan primjer onoga što životinja može žrtvovati da bi preživjela u teškim uvjetima - dok duge uši mogu pomoći da se čuje grabežljivac, kratke smanjuju oslobađanje dragocjene topline, što je mnogo važnije za arktičkog zeca.

Žabe sa Aljaske, vrsta Rana sylvatica, možda su čak i nadmašile antarktičku ribu. Zimi se bukvalno smrzavaju u ledu i tako čekaju hladnu sezonu, a u proljeće se vraćaju u život. Takav „kriosan“ im je moguć zbog posebne strukture jetre koja se udvostručuje tokom hibernacije i složene biohemije krvi.

Neke vrste bogomoljke, koje nisu u stanju da provedu cijeli dan na suncu, nose se s nedostatkom topline kroz kemijske reakcije u vlastitom tijelu, koncentrirajući bljeskove topline unutra za kratkotrajno zagrijavanje.

Cista je privremeni oblik postojanja bakterija i mnogih jednoćelijskih organizama, u kojem se tijelo okružuje gustom zaštitnom ljuskom kako bi se zaštitilo od agresivnog vanjskog okruženja. Ova barijera je vrlo efikasna - u nekim slučajevima može pomoći domaćinu da preživi nekoliko decenija.

Nototeniformne ribe žive u vodama Antarktika toliko hladnim da bi se normalne ribe tamo smrzle. Morska voda se smrzava samo na temperaturi od -2 °C, što se ne može reći za potpuno svježu krv. Ali antarktičke ribe luče prirodni protein protiv smrzavanja koji sprječava stvaranje kristala leda u krvi - i preživljavaju.

Megatermija - sposobnost stvaranja topline koristeći tjelesnu masu, čime se preživljava u hladnim uvjetima čak i bez antifriza u krvi. To koriste neke morske kornjače, koje ostaju pokretne kada se voda oko njih gotovo smrzne.

Azijske planinske guske prilikom prelaska Himalaja dižu se na velike visine. Najviši let ovih ptica zabilježen je na visini od 10 hiljada metara! Guske imaju potpunu kontrolu nad svojom tjelesnom temperaturom, čak i mijenjaju hemiju krvi po potrebi da prežive na ledenom i razrijeđenom zraku.

Mudskippers nisu najčešća vrsta ribe, iako pripadaju prilično banalnim gobijima. Za vrijeme oseke, puze po mulju, uzimajući vlastitu hranu, povremeno se penju na drveće. Mudskiperi su po svom načinu života mnogo bliži vodozemcima, a ribu u njima daju samo peraje sa škrgama.

Za preživljavanje u nepovoljnim klimatskim uvjetima, biljke, životinje i ptice imaju neke karakteristike. Ove karakteristike se nazivaju "fiziološke adaptacije", čiji se primjeri mogu vidjeti u gotovo svim vrstama sisara, uključujući ljude.

Zašto nam je potrebna fiziološka adaptacija?

Uvjeti života u nekim dijelovima svijeta nisu sasvim ugodni, međutim, postoje različiti predstavnici divljih životinja. Nekoliko je razloga zašto ove životinje nisu napustile neprijateljsko okruženje.

Prije svega, klimatski uvjeti bi se mogli promijeniti kada je određena vrsta već postojala na datom području. Neke životinje nisu prilagođene migraciji. Moguće je i da teritorijalne karakteristike ne dozvoljavaju migraciju (otoci, planinske visoravni, itd.). Za određenu vrstu, promijenjeni uslovi života i dalje ostaju prikladniji nego na bilo kojem drugom mjestu. A fiziološka adaptacija je najbolje rješenje problema.

Šta se podrazumeva pod adaptacijom?

Fiziološka adaptacija je harmonija organizama sa određenim staništem. Na primjer, ugodan boravak u pustinji njenih stanovnika je zbog njihove adaptacije na visoke temperature i nedostatak pristupa vodi. Adaptacija je pojava određenih znakova u organizmima koji im omogućavaju da se slažu sa svim elementima okoline. Nastaju u procesu određenih mutacija u tijelu. Fiziološke adaptacije, čiji su primjeri dobro poznati u svijetu, su, na primjer, sposobnost eholokacije kod nekih životinja (šišmiši, delfini, sove). Ova sposobnost im pomaže da se kreću u prostoru sa ograničenim osvjetljenjem (u mraku, u vodi).

Fiziološka adaptacija je skup reakcija tijela na određene patogene faktore iz okoline. Pruža organizmima veću vjerovatnoću za preživljavanje i jedan je od metoda prirodne selekcije jakih i otpornih organizama u populaciji.

Vrste fiziološke adaptacije

Adaptacija organizma razlikuje se genotipska i fenotipska. Genotip se zasniva na uslovima prirodne selekcije i mutacijama koje su dovele do promena u organizmima cele vrste ili populacije. U procesu ove vrste adaptacije nastale su moderne vrste životinja, ptica i ljudi. Genotipski oblik adaptacije je nasljedan.

Fenotipski oblik adaptacije nastaje zbog individualnih promjena u određenom organizmu za ugodan boravak u određenim klimatskim uvjetima. Može se razviti i zbog stalne izloženosti agresivnom okruženju. Kao rezultat, tijelo stiče otpornost na svoja stanja.

Kompleksne i unakrsne adaptacije

Kompleksne adaptacije se manifestuju u određenim klimatskim uslovima. Na primjer, prilagođavanje tijela niskim temperaturama tokom dugog boravka u sjevernim regijama. Ovaj oblik adaptacije razvija se kod svake osobe kada se preseli u drugu klimatsku zonu. Ovisno o karakteristikama određenog organizma i njegovom zdravlju, ovaj oblik adaptacije se odvija na različite načine.

Unakrsna adaptacija je oblik navikavanja tijela u kojem se razvojem otpornosti na jedan faktor povećava otpornost na sve faktore ove grupe. Fiziološka adaptacija čovjeka na stres povećava njegovu otpornost na neke druge faktore, poput hladnoće.

Na osnovu pozitivnih unakrsnih adaptacija razvijen je set mjera za jačanje srčanog mišića i prevenciju srčanog udara. U prirodnim uvjetima, oni ljudi koji su se češće suočavali sa stresnim situacijama u životu manje su podložni posljedicama infarkta miokarda od onih koji su vodili miran način života.

Vrste adaptivnih reakcija

Postoje dvije vrste adaptivnih reakcija tijela. Prvi tip se zove "pasivne adaptacije". Ove reakcije se odvijaju na ćelijskom nivou. Oni karakterišu formiranje stepena otpornosti organizma na efekte negativnog faktora okoline. Na primjer, promjena atmosferskog tlaka. Pasivna adaptacija omogućuje održavanje normalne funkcionalnosti tijela uz male fluktuacije atmosferskog tlaka.

Najpoznatije fiziološke adaptacije kod životinja pasivnog tipa su zaštitne reakcije živog organizma na djelovanje hladnoće. Hibernacija, u kojoj se životni procesi usporavaju, svojstvena je nekim vrstama biljaka i životinja.

Drugi tip adaptivnih reakcija naziva se aktivnim i podrazumijeva zaštitne mjere organizma kada je izložen patogenim faktorima. U tom slučaju, unutrašnja sredina tijela ostaje konstantna. Ova vrsta adaptacije svojstvena je visoko razvijenim sisavcima i ljudima.

Primjeri fizioloških adaptacija

Fiziološka adaptacija osobe očituje se u svim nestandardnim situacijama za njegovu okolinu i način života. Aklimatizacija je najpoznatiji primjer adaptacije. Za različite organizme ovaj proces se odvija različitom brzinom. Nekima je potrebno nekoliko dana da se naviknu na nove uslove, mnogima će biti potrebni mjeseci. Takođe, stopa navikavanja zavisi od stepena razlike sa uobičajenim okruženjem.

U agresivnim staništima, mnogi sisari i ptice imaju karakterističan skup tjelesnih reakcija koje čine njihovu fiziološku adaptaciju. Primjeri (kod životinja) se mogu uočiti u gotovo svakoj klimatskoj zoni. Na primjer, stanovnici pustinje akumuliraju rezerve potkožne masti, koja oksidira i stvara vodu. Ovaj proces se opaža prije početka sušnog perioda.

Dolazi i do fiziološke adaptacije biljaka. Ali ona je pasivna. Primjer takve adaptacije je osipanje lišća sa drveća kada nastupi hladna sezona. Mjesta bubrega prekrivena su ljuskicama koje ih štite od štetnog djelovanja niskih temperatura i snijega sa vjetrom. Metabolički procesi u biljkama se usporavaju.

U kombinaciji sa morfološkom adaptacijom, fiziološke reakcije organizma omogućavaju mu visok nivo preživljavanja u nepovoljnim uslovima i drastičnim promenama u životnoj sredini.

To su optimalne proporcije tijela, lokacija i gustoća pokrivača dlake ili perja itd. Pojava vodenog sisara - delfina - je dobro poznata. Njegovi pokreti su lagani i precizni. Neovisna brzina u vodi dostiže 40 kilometara na sat. Gustina vode je 800 puta veća od gustine vazduha. Oblik tijela u obliku torpeda izbjegava stvaranje vrtloga vodenih tokova oko delfina.