Tärkeimmät tavat ja muodot elävien organismien sopeutumiseen ympäristöolosuhteisiin. Fotoperiodismi. Sopeutumismuodot Anatomiset morfologiset sopeutumisesimerkit

Reaktiot epäsuotuisiin ympäristötekijöihin vain tietyissä olosuhteissa ovat haitallisia eläville organismeille, ja useimmissa tapauksissa niillä on mukautuva arvo. Siksi Selye kutsui näitä vasteita "yleiseksi sopeutumissyndroomaksi". Myöhemmissä teoksissa hän käytti termejä "stressi" ja "yleinen sopeutumisoireyhtymä" synonyymeinä.

Sopeutuminen- tämä on geneettisesti määrätty suojajärjestelmien muodostumisprosessi, joka lisää stabiilisuutta ja ontogeneesin virtausta sille epäsuotuisissa olosuhteissa.

Sopeutuminen on yksi tärkeimmistä mekanismeista, joka lisää biologisen järjestelmän, mukaan lukien kasviorganismin, pysyvyyttä muuttuneissa olemassaolon olosuhteissa. Mitä paremmin organismi on sopeutunut johonkin tekijään, sitä kestävämpi se on sen vaihteluille.

Organismin genotyypillisesti määrätty kyky muuttaa aineenvaihduntaa tietyissä rajoissa ulkoisen ympäristön vaikutuksesta riippuen on ns. reaktionopeus. Sitä hallitsee genotyyppi ja se on ominaista kaikille eläville organismeille. Suurin osa reaktionormin rajoissa tapahtuvista muutoksista on adaptiivista merkitystä. Ne vastaavat elinympäristön muutoksia ja tarjoavat kasveille paremman selviytymisen vaihtelevissa ympäristöolosuhteissa. Tässä suhteessa tällaiset muutokset ovat evoluution kannalta tärkeitä. Termin "reaktionopeus" otti käyttöön V.L. Johansen (1909).

Mitä suurempi lajin tai lajikkeen kyky muuttua ympäristön mukaisesti, sitä suurempi on sen reaktionopeus ja sitä suurempi on sen sopeutumiskyky. Tämä ominaisuus erottaa kestävät viljelykasvien lajikkeet. Pienet ja lyhytaikaiset muutokset ympäristötekijöissä eivät pääsääntöisesti aiheuta merkittäviä kasvien fysiologisten toimintojen häiriöitä. Tämä johtuu niiden kyvystä ylläpitää sisäisen ympäristön suhteellista dynaamista tasapainoa ja fysiologisten perustoimintojen vakautta muuttuvassa ulkoisessa ympäristössä. Samanaikaisesti terävät ja pitkittyneet iskut johtavat laitoksen monien toimintojen häiriintymiseen ja usein sen kuolemaan.

Sopeutuminen sisältää kaikki prosessit ja mukautukset (anatomiset, morfologiset, fysiologiset, käyttäytymiseen jne.), jotka lisäävät vakautta ja edistävät lajin selviytymistä.

1.Anatomiset ja morfologiset mukautukset. Joillakin kserofyyttien edustajilla juurijärjestelmän pituus saavuttaa useita kymmeniä metrejä, minkä ansiosta kasvi voi käyttää pohjavettä eikä kokea kosteuden puutetta maaperän ja ilmakehän kuivuuden olosuhteissa. Muissa kserofyyteissä paksun kynsinauhojen läsnäolo, lehtien karvaisuus ja lehtien muuttuminen piikiksi vähentävät vesihukkaa, mikä on erittäin tärkeää kosteuden puutteessa.

Palavat karvat ja piikit suojaavat kasveja eläinten syömiltä.

Puut tundralla tai korkeilla vuorenkorkeuksilla näyttävät kyykkyiltä hiipiviltä pensailta, talvella ne ovat lumen peitossa, mikä suojaa niitä vakavilta pakkasilta.

Vuoristoalueilla, joilla on suuria vuorokausivaihteluita, kasveilla on usein litistettyjä tyynyjä, joissa on tiheästi sijoitettu lukuisia varsia. Näin voit pitää kosteuden tyynyjen sisällä ja suhteellisen tasaisen lämpötilan koko päivän ajan.

Suo- ja vesikasveissa muodostuu erityinen ilmaa kantava parenkyymi (aerenchyma), joka on ilmasäiliö ja helpottaa veteen upotettujen kasvinosien hengittämistä.

2. Fysiologiset ja biokemialliset mukautukset. Mehikasveissa sopeutuminen autiomaassa ja puoliaavikko-olosuhteissa kasvamiseen on CO 2:n assimilaatio fotosynteesin aikana CAM-reittiä pitkin. Näillä kasveilla stomata on suljettu päiväsaikaan. Siten laitos pitää sisäiset vesivarastot haihtumasta. Aavikoilla vesi on tärkein kasvien kasvua rajoittava tekijä. Avanteet avautuvat yöllä, ja tällä hetkellä CO 2 pääsee fotosynteettisiin kudoksiin. Myöhempi CO2:n osallistuminen fotosynteesikiertoon tapahtuu päiväsaikaan jo suljetuilla avanneilla.

Fysiologiset ja biokemialliset mukautukset sisältävät stomatan kyvyn avautua ja sulkeutua ulkoisista olosuhteista riippuen. Abskisiinihapon, proliinin, suojaavien proteiinien, fytoaleksiinien, fytonsidien synteesi soluissa, entsyymien toiminnan lisääntyminen, jotka estävät orgaanisten aineiden oksidatiivisen hajoamisen, sokerien kertyminen soluihin ja monet muut aineenvaihdunnan muutokset vaikuttavat kasvien vastustuskyvyn lisääntyminen epäsuotuisia ympäristöolosuhteita vastaan.

Saman biokemiallisen reaktion voivat suorittaa saman entsyymin useat molekyylimuodot (isoentsyymit), kun taas kullakin isoformilla on katalyyttistä aktiivisuutta suhteellisen kapealla tietyn ympäristöparametrin, kuten lämpötilan, alueella. Useiden isoentsyymien läsnäolo mahdollistaa sen, että kasvi voi suorittaa reaktion paljon laajemmalla lämpötila-alueella verrattuna kuhunkin yksittäiseen isoentsyymiin. Tämä mahdollistaa sen, että laitos suorittaa menestyksekkäästi elintärkeitä toimintoja muuttuvissa lämpötilaolosuhteissa.

3. Käyttäytymisen mukauttaminen tai haitallisen tekijän välttäminen. Esimerkkinä ovat efemerat ja efemeroidit (unikot, tähtikukka, krookukset, tulppaanit, lumikellot). Ne käyvät läpi koko kehityssyklinsä keväällä 1,5-2 kuukauden ajan, jopa ennen lämmön ja kuivuuden alkamista. Siten he tavallaan lähtevät tai välttävät joutumasta stressitekijän vaikutuksen alle. Samalla tavalla aikaisin kypsyvät maatalouskasvien lajikkeet muodostavat sadon ennen haitallisten kausitapahtumien alkamista: elokuun sumut, sateet, pakkaset. Siksi monien maatalouskasvien valinnalla pyritään luomaan varhaisia ​​kypsiä lajikkeita. Monivuotiset kasvit talvehtivat juurakoina ja sipuleina maaperässä lumen alla, mikä suojaa niitä jäätymiseltä.

Kasvien sopeuttaminen epäsuotuisiin tekijöihin tapahtuu samanaikaisesti useilla säätelytasoilla - yhdestä solusta fytokenoosiin. Mitä korkeampi organisaatiotaso (solu, organismi, populaatio), sitä suurempi määrä mekanismeja samanaikaisesti osallistuu kasvien sopeutumiseen stressiin.

Aineenvaihdunta- ja adaptiivisten prosessien säätely solun sisällä tapahtuu järjestelmien avulla: metabolinen (entsymaattinen); geneettinen; kalvo. Nämä järjestelmät liittyvät läheisesti toisiinsa. Siten kalvojen ominaisuudet riippuvat geenien aktiivisuudesta ja itse geenien erilainen aktiivisuus on kalvojen hallinnassa. Entsyymien synteesiä ja niiden toimintaa ohjataan geneettisellä tasolla, samalla kun entsyymit säätelevät nukleiinihappojen aineenvaihduntaa solussa.

Käytössä organismin tasolla solujen sopeutumismekanismeihin lisätään uusia, mikä heijastaa elinten vuorovaikutusta. Epäsuotuisissa olosuhteissa kasvit luovat ja säilyttävät sellaisen määrän hedelmäelementtejä, jotka on varustettu riittävällä määrällä tarvittavilla aineilla täysimittaisten siementen muodostamiseksi. Esimerkiksi viljeltyjen viljojen kukinnoissa ja hedelmäpuiden latvuissa epäsuotuisissa olosuhteissa yli puolet munasarjoista voi pudota. Tällaiset muutokset perustuvat kilpailusuhteisiin elinten välillä fysiologisesti aktiivisista ja ravintoaineista.

Stressiolosuhteissa alempien lehtien ikääntymis- ja putoamisprosessit kiihtyvät jyrkästi. Samalla kasveille välttämättömät aineet siirtyvät niistä nuoriin elimiin, mikä vastaa organismin selviytymisstrategiaa. Alalehtien ravinteiden kierrätyksen ansiosta nuoremmat, ylälehdet, säilyvät elinkelpoisina.

On olemassa mekanismeja menetettyjen elinten regeneraatioon. Esimerkiksi haavan pinta peitetään toissijaisella sisäkudoksella (haavan peridermi), rungossa tai oksassa oleva haava paranee sisäänvirtauksilla (kovettumat). Apikaalisen verson häviämisen myötä kasveissa heräävät lepotilassa olevat silmut ja sivuversot kehittyvät intensiivisesti. Myös syksyn lehtien kevätkunnostaminen pudonneiden lehtien sijaan on esimerkki luonnollisesta elinten uusiutumisesta. Regeneraatiolla biologisena välineenä, joka mahdollistaa kasvien vegetatiivisen lisääntymisen juuriosien, juurakoiden, talluksen, varren ja lehtien pistokkaiden, eristettyjen solujen, yksittäisten protoplastien avulla, on suuri käytännön merkitys kasvinviljelyssä, hedelmänviljelyssä, metsätaloudessa, koristepuutarhanhoidossa jne.

Myös hormonijärjestelmä on mukana kasvien suoja- ja sopeutumisprosesseissa. Esimerkiksi kasvin epäsuotuisten olosuhteiden vaikutuksesta kasvun estäjien pitoisuus kasvaa jyrkästi: eteeni ja abskissihappo. Ne vähentävät aineenvaihduntaa, estävät kasvuprosesseja, nopeuttavat ikääntymistä, elinten putoamista ja kasvin siirtymistä lepotilaan. Funktionaalisen aktiivisuuden estyminen stressissä kasvun estäjien vaikutuksen alaisena on kasveille tyypillinen reaktio. Samaan aikaan kudosten kasvua stimuloivien aineiden pitoisuus vähenee: sytokiniini, auksiin ja gibberelliinit.

Käytössä väestötaso Selektio lisätään, mikä johtaa sopeutuneempien organismien ilmestymiseen. Valintamahdollisuuden määrää populaation sisäinen vaihtelu kasvien vastustuskyvyssä erilaisille ympäristötekijöille. Esimerkki populaation sisäisestä vastustuskyvyn vaihtelevuudesta voi olla taimien epäystävällinen ulkonäkö suolaiselle maaperälle ja itämisajan vaihtelun lisääntyminen stressitekijän vaikutuksen lisääntyessä.

Laji koostuu nykyaikaisessa näkemyksessä suuresta määrästä biotyyppejä - pienempiä ekologisia yksiköitä, jotka ovat geneettisesti identtisiä, mutta osoittavat erilaista vastustuskykyä ympäristötekijöille. Eri olosuhteissa kaikki biotyypit eivät ole yhtä tärkeitä, ja kilpailun seurauksena niistä jää vain ne, jotka parhaiten vastaavat annetut olosuhteet. Toisin sanoen populaation (lajikkeen) vastustuskyky tietylle tekijälle määräytyy populaation muodostavien organismien vastustuskyvyn perusteella. Resistenttien lajikkeiden koostumuksessa on joukko biotyyppejä, jotka tarjoavat hyvän tuottavuuden myös epäsuotuisissa olosuhteissa.

Samaan aikaan pitkäaikaisviljelyssä biotyyppien koostumus ja suhde populaatiossa muuttuvat lajikkeissa, mikä vaikuttaa lajikkeen tuottavuuteen ja laatuun, ei useinkaan parempaan suuntaan.

Joten sopeutuminen sisältää kaikki prosessit ja mukautukset, jotka lisäävät kasvien vastustuskykyä haitallisia ympäristöolosuhteita vastaan ​​(anatomisia, morfologisia, fysiologisia, biokemiallisia, käyttäytymis-, populaatio- jne.)

Mutta tehokkaimman sopeutumistavan valitsemiseksi tärkeintä on aika, jonka aikana kehon on sopeuduttava uusiin olosuhteisiin.

Äkillisen äärimmäisen tekijän äkillisellä vaikutuksella vastetta ei voi viivyttää, sen on seurattava välittömästi, jotta kasvin peruuttamaton vaurio ei ole mahdollista. Pienen voiman pitkäaikaisilla vaikutuksilla mukautuvat uudelleenjärjestelyt tapahtuvat vähitellen, samalla kun mahdollisten strategioiden valinta lisääntyy.

Tässä suhteessa on kolme pääasiallista sopeutumisstrategiaa: evoluutionaalinen, ontogeneettinen ja kiireellinen. Strategian tehtävänä on käytettävissä olevien resurssien tehokas käyttö päätavoitteen - elimistön selviytymisen stressissä - saavuttamiseksi. Sopeutumisstrategian tavoitteena on ylläpitää elintärkeiden makromolekyylien rakenteellista eheyttä ja solurakenteiden toiminnallista aktiivisuutta, ylläpitää elintärkeitä toiminnan säätelyjärjestelmiä ja antaa kasveille energiaa.

Evoluutio- tai fylogeneettiset mukautukset(fylogenia - biologisen lajin kehittyminen ajassa) - nämä ovat evoluutioprosessin aikana syntyviä mukautuksia geneettisten mutaatioiden, valinnan perusteella ja periytyviä. Ne ovat luotettavimpia kasvien selviytymiselle.

Jokainen evoluutioprosessissa oleva kasvilaji on kehittänyt tiettyjä olemassaolon olosuhteita koskevia tarpeita ja sopeutumiskykyä sen ekologiseen markkinarakoon, eliön vakaaseen sopeutumiseen ympäristöön. Tiettyjen kasvilajien kosteus- ja varjonsietokyky, lämmönkestävyys, kylmänkestävyys ja muut ekologiset ominaisuudet muodostuivat asiaankuuluvien olosuhteiden pitkäaikaisen vaikutuksen seurauksena. Lämpöä rakastavat ja lyhytpäiväiset kasvit ovat siis tyypillisiä eteläisille leveysasteille, vähemmän lämpöä vaativat ja pitkäpäiväiset kasvit pohjoisille leveysasteille. Useat kserofyyttikasvien evoluution mukautukset kuivuuteen tunnetaan hyvin: veden taloudellinen käyttö, syvälle juurtunut juuristo, lehtien irtoaminen ja siirtyminen lepotilaan ja muut mukautukset.

Tässä suhteessa maatalouskasvien lajikkeet osoittavat vastustuskykyä juuri niille ympäristötekijöille, joita vastaan ​​​​jalostetaan ja valitaan tuotantomuodot. Jos valinta tapahtuu useissa peräkkäisissä sukupolvissa jonkin epäsuotuisan tekijän jatkuvan vaikutuksen taustalla, lajikkeen vastustuskykyä voidaan lisätä merkittävästi. On luonnollista, että Kaakkois-Itäisen maatalouden tutkimuslaitoksen (Saratov) jalostamat lajikkeet kestävät kuivuutta paremmin kuin Moskovan alueen jalostuskeskuksissa luodut lajikkeet. Samalla tavalla ekologisille vyöhykkeille, joilla on epäsuotuisat maaperä- ja ilmasto-olosuhteet, muodostui kestäviä paikallisia kasvilajikkeita, ja endeemiset kasvilajit ovat resistenttejä elinympäristössään ilmenevälle stressitekijälle.

Kevätvehnälajikkeiden vastustuskyvyn karakterisointi All-Russian Institute of Plant Industryn kokoelmasta (Semenov et al., 2005)

Luonnollisessa ympäristössä ympäristöolosuhteet muuttuvat yleensä hyvin nopeasti, eikä aika, jonka aikana stressitekijä saavuttaa haitallisen tason, riitä evolutionaaristen sopeutumisten muodostumiseen. Näissä tapauksissa kasvit eivät käytä pysyviä, vaan stressitekijöiden aiheuttamia puolustusmekanismeja, joiden muodostuminen on geneettisesti ennalta määrättyä (määrättyä).

Ontogeneettiset (fenotyyppiset) mukautukset eivät liity geneettisiin mutaatioihin eivätkä periydy. Tällaisten adaptaatioiden muodostuminen vaatii suhteellisen pitkän ajan, joten niitä kutsutaan pitkän aikavälin mukautuksiksi. Yksi näistä mekanismeista on useiden kasvien kyky muodostaa vettä säästävä CAM-tyyppinen fotosynteesireitti olosuhteissa, joissa vesipula johtuu kuivuudesta, suolaisuudesta, alhaisista lämpötiloista ja muista stressitekijöistä.

Tämä sopeutuminen liittyyigeenin, joka on inaktiivinen normaaleissa olosuhteissa, ja muiden CO2:n sisäänoton CAM-reitin entsyymien geenien ilmentymiseen, osmolyyttien (proliinin) biosynteesiin ja antioksidantin aktivoitumiseen. järjestelmät ja muutokset vatsan liikkeiden päivittäisissä rytmeissä. Kaikki tämä johtaa erittäin taloudelliseen vedenkulutukseen.

Peltokasveissa, esimerkiksi maississa, aerenchyma puuttuu normaaleissa kasvuolosuhteissa. Mutta tulvien ja juurien kudosten hapen puutteen olosuhteissa jotkut juuren ja varren primaarisen aivokuoren soluista kuolevat (apoptoosi tai ohjelmoitu solukuolema). Niiden tilalle muodostuu onteloita, joiden kautta happi kuljetetaan kasvin ilmaosasta juurijärjestelmään. Signaali solukuolemasta on eteenin synteesi.

Kiireellinen sopeutuminen tapahtuu nopeiden ja voimakkaiden elinolosuhteiden muuttuessa. Se perustuu iskunsuojajärjestelmien muodostumiseen ja toimintaan. Iskusuojausjärjestelmiä ovat esimerkiksi lämpösokkiproteiinijärjestelmä, joka muodostuu vastauksena nopeaan lämpötilan nousuun. Nämä mekanismit tarjoavat lyhyen aikavälin edellytykset selviytymiselle vahingollisen tekijän vaikutuksesta ja luovat siten edellytykset luotettavampien pitkän aikavälin erikoistuneiden sopeutumismekanismien muodostumiselle. Esimerkki erikoistuneista sopeutumismekanismeista on jäätymisenestoproteiinien uusi muodostuminen matalissa lämpötiloissa tai sokereiden synteesi talvisatojen talvehtimisen aikana. Samanaikaisesti, jos tekijän vahingollinen vaikutus ylittää kehon suojaavat ja korjaavat kyvyt, kuolema tapahtuu väistämättä. Tässä tapauksessa organismi kuolee kiireellisen tai erikoistuneen sopeutumisen vaiheessa äärimmäisen tekijän voimakkuudesta ja kestosta riippuen.

Erottaa erityistä ja epäspesifinen (yleinen) kasvien reaktiot stressitekijöihin.

Epäspesifiset reaktiot eivät riipu vaikuttavan tekijän luonteesta. Ne ovat samat korkeiden ja alhaisten lämpötilojen, kosteuden puutteen tai ylimäärän, maaperän korkeiden suolapitoisuuksien tai ilmassa olevien haitallisten kaasujen vaikutuksesta. Kaikissa tapauksissa kasvisolujen kalvojen läpäisevyys lisääntyy, hengitys häiriintyy, aineiden hydrolyyttinen hajoaminen lisääntyy, eteenin ja abskisiinihapon synteesi lisääntyy ja solujen jakautuminen ja elongaatio estyvät.

Taulukko näyttää joukon epäspesifisiä muutoksia, jotka tapahtuvat kasveissa erilaisten ympäristötekijöiden vaikutuksesta.

Fysiologisten parametrien muutokset kasveissa stressaavien olosuhteiden vaikutuksesta (G.V., Udovenkon, 1995 mukaan)

Taulukon tietojen perusteella voidaan nähdä, että kasvien vastustuskykyyn useille tekijöille liittyy yksisuuntaisia ​​fysiologisia muutoksia. Tämä antaa aiheen uskoa, että kasvien vastustuskyvyn lisääntyminen yhdelle tekijälle voi liittyä resistenssin lisääntymiseen toiselle tekijälle. Tämä on todistettu kokeilla.

Venäjän tiedeakatemian kasvifysiologian instituutissa tehdyt kokeet (Vl. V. Kuznetsov ja muut) ovat osoittaneet, että puuvillakasvien lyhytaikainen lämpökäsittely lisää niiden kestävyyttä myöhempää suolaantumista vastaan. Ja kasvien sopeutuminen suolapitoisuuteen johtaa niiden kestävyyden lisääntymiseen korkeita lämpötiloja vastaan. Lämpösokki lisää kasvien kykyä sopeutua myöhempään kuivuuteen ja päinvastoin, kuivuuden aikana kehon vastustuskyky korkeille lämpötiloille kasvaa. Lyhytaikainen altistuminen korkeille lämpötiloille lisää raskasmetallien ja UV-B-säteilyn vastustuskykyä. Edellinen kuivuus suosii kasvien selviytymistä suolaisissa tai kylmissä olosuhteissa.

Prosessi, jossa kehon vastustuskyky lisääntyy tietylle ympäristötekijälle, joka johtuu sopeutumisesta erilaiseen luonteeseen, on ns. ristiinsopeutuminen.

Yleisten (epäspesifisten) vastustuskykymekanismien tutkimiseksi on erittäin kiinnostavaa kasvien reaktio tekijöihin, jotka aiheuttavat kasveissa veden puutetta: suolaisuus, kuivuus, matalat ja korkeat lämpötilat ja jotkut muut. Koko organismin tasolla kaikki kasvit reagoivat veden puutteeseen samalla tavalla. Ominaista versojen kasvun estyminen, juurijärjestelmän lisääntynyt kasvu, abskisiinihapon synteesi ja stomatalin johtavuuden heikkeneminen. Jonkin ajan kuluttua alalehdet vanhenevat nopeasti ja niiden kuolema havaitaan. Kaikki nämä reaktiot tähtäävät vedenkulutuksen vähentämiseen vähentämällä haihtuvaa pintaa sekä lisäämällä juuren absorptioaktiivisuutta.

Erityiset reaktiot ovat reaktioita minkä tahansa stressitekijän vaikutukseen. Siten fytoaleksiineja (aineita, joilla on antibioottisia ominaisuuksia) syntetisoidaan kasveissa vasteena kosketukseen patogeenien (patogeenien) kanssa.

Reaktioiden spesifisyys tai epäspesifisyys merkitsee toisaalta kasvin suhtautumista erilaisiin stressitekijöihin ja toisaalta eri lajien ja lajikkeiden kasvien tunnusomaisia ​​reaktioita samaan stressitekijään.

Kasvien spesifisten ja epäspesifisten vasteiden ilmeneminen riippuu stressin voimakkuudesta ja sen kehitysnopeudesta. Spesifisiä reaktioita esiintyy useammin, jos stressi kehittyy hitaasti ja keholla on aikaa rakentaa uudelleen ja sopeutua siihen. Epäspesifisiä reaktioita esiintyy yleensä lyhyemmällä ja voimakkaammalla stressitekijän vaikutuksella. Epäspesifisten (yleisten) vastusmekanismien toiminta mahdollistaa sen, että kasvi voi välttää suuria energiakuluja erikoistuneiden (spesifisten) sopeutumismekanismien muodostamiseen vastauksena mahdollisiin poikkeamiin normaaleista elinolosuhteista.

Kasvien kestävyys stressiä vastaan ​​riippuu ontogeneesivaiheesta. Vakaimmat kasvit ja kasvielimet lepotilassa: siementen, sipulien muodossa; puumaiset perennoja - syvässä lepotilassa lehtien pudotuksen jälkeen. Kasvit ovat herkimpiä nuorena, koska kasvuprosessit vaurioituvat ensisijaisesti stressiolosuhteissa. Toinen kriittinen ajanjakso on sukusolujen muodostumisen ja hedelmöittymisen aika. Stressin vaikutus tänä aikana johtaa kasvien lisääntymistoiminnan heikkenemiseen ja sadon laskuun.

Jos stressiolosuhteet toistuvat ja niillä on alhainen intensiteetti, ne edistävät kasvien kovettumista. Tämä on perusta menetelmille, joilla lisätään kestävyyttä matalille lämpötiloille, kuumuudelle, suolapitoisuudelle ja lisääntyneelle haitallisten kaasujen pitoisuudelle ilmassa.

Luotettavuus Kasviorganismin kyky estää tai eliminoida epäonnistumisia biologisen organisoinnin eri tasoilla: molekyyli, subsellulaarinen, solu, kudos, elin, organismi ja populaatio.

Estä häiriöt kasvien elämässä haitallisten tekijöiden vaikutuksesta, periaatteet redundanssi, toiminnallisesti vastaavien komponenttien heterogeenisuus, järjestelmät kadonneiden rakenteiden korjaamiseen.

Rakenteiden ja toimivuuden redundanssi on yksi tärkeimmistä tavoista varmistaa järjestelmien luotettavuus. Redundanssilla ja redundanssilla on useita ilmenemismuotoja. Subsellulaarisella tasolla geneettisen materiaalin varaaminen ja monistaminen lisää osaltaan kasviorganismin luotettavuutta. Tämän tarjoaa esimerkiksi DNA:n kaksoiskierre lisäämällä ploidisuutta. Kasviorganismin toiminnan luotettavuutta muuttuvissa olosuhteissa tukee myös erilaisten lähetti-RNA-molekyylien läsnäolo ja heterogeenisten polypeptidien muodostuminen. Näitä ovat isoentsyymit, jotka katalysoivat samaa reaktiota, mutta eroavat fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksistaan ​​ja molekyylirakenteen stabiilisuudesta muuttuvissa ympäristöolosuhteissa.

Solutasolla esimerkki redundanssista on soluorganellien ylimäärä. Näin ollen on todettu, että osa saatavilla olevista kloroplasteista riittää toimittamaan kasville fotosynteesituotteita. Loput kloroplastit pysyvät ikään kuin varassa. Sama koskee klorofyllin kokonaispitoisuutta. Redundanssi ilmenee myös monien yhdisteiden biosynteesin esiasteiden suurena kertymisenä.

Organismitasolla redundanssin periaate ilmaistaan ​​siinä, että muodostuu ja munitaan eri aikoina enemmän versoja, kukkia, piikkejä kuin sukupolvenvaihdokseen tarvitaan, valtavassa määrässä siitepölyä, munasoluja, siemeniä.

Väestötasolla redundanssin periaate ilmenee suuressa määrässä yksilöitä, joiden vastustuskyky tietylle stressitekijälle eroaa.

Korjausjärjestelmät toimivat myös eri tasoilla - molekyyli-, solu-, organismi-, populaatio- ja biokenoottisilla tasoilla. Korjaavat prosessit kulkevat energian ja muoviaineiden kulutuksen mukana, joten korjaaminen on mahdollista vain, jos aineenvaihdunta on riittävää. Jos aineenvaihdunta pysähtyy, myös korjaaminen pysähtyy. Ulkoisen ympäristön äärimmäisissä olosuhteissa hengityksen säilyttäminen on erityisen tärkeää, koska juuri hengitys antaa energiaa korjausprosesseihin.

Mukautuneiden organismien solujen pelkistyskyky määräytyy niiden proteiinien vastustuskyvyn perusteella denaturaatiolle, nimittäin niiden sidosten stabiiliudesta, jotka määräävät proteiinin sekundaarisen, tertiaarisen ja kvaternaarisen rakenteen. Esimerkiksi kypsien siementen kestävyys korkeita lämpötiloja vastaan ​​liittyy yleensä siihen, että dehydraation jälkeen niiden proteiinit tulevat vastustuskykyisiksi denaturaatiolle.

Pääasiallinen energiamateriaalin lähde hengityksen substraattina on fotosynteesi, joten solun energian saanti ja siihen liittyvät korjausprosessit riippuvat fotosynteesilaitteiston stabiilisuudesta ja kyvystä toipua vaurioista. Fotosynteesin ylläpitämiseksi kasveissa äärimmäisissä olosuhteissa aktivoituu tylakoidikalvokomponenttien synteesi, estyy lipidien hapettumista ja plastidin ultrarakenne palautuu.

Organismitasolla esimerkki uusiutumisesta on korvaavien versojen kehittyminen, uinuvien silmujen herääminen kasvupisteiden vaurioituessa.

Jos löydät virheen, korosta tekstinpätkä ja napsauta Ctrl+Enter.

Pohjimmiltaan sopeutumisjärjestelmät liittyvät tavalla tai toisella kylmään, mikä on varsin loogista - jos onnistut selviytymään syvästä miinuksesta, loput vaarat eivät ole niin kauheita. Sama muuten pätee erittäin korkeisiin lämpötiloihin. Se, joka pystyy sopeutumaan, ei todennäköisesti katoa mihinkään.

Arktiset jäniset ovat Pohjois-Amerikan suurimmat jäniset, joilla on jostain syystä suhteellisen lyhyet korvat. Tämä on loistava esimerkki siitä, mitä eläin voi uhrata selviytyäkseen ankarissa olosuhteissa – vaikka pitkät korvat voivat auttaa kuulemaan saalistajaa, lyhyet vähentävät arvokkaan lämmön vapautumista, mikä on paljon tärkeämpää arktisen jänisen kannalta.

Alaskasta peräisin olevat sammakot, laji Rana sylvatica, ylittivät ehkä jopa Etelämantereen kalat. Ne jäätyvät kirjaimellisesti jäähän talvella odottaen näin kylmää vuodenaikaa ja heräävät henkiin keväällä. Tällainen ”kryosuni” on heille mahdollista lepotilan aikana kaksinkertaistuvan maksan erityisen rakenteen ja veren monimutkaisen biokemian vuoksi.

Jotkut rukoilevat mantislajit, jotka eivät voi viettää koko päivää auringossa, selviävät lämmön puutteesta kemiallisten reaktioiden kautta omassa kehossaan ja keskittävät lämmön välähdyksiä sisälle lyhytaikaista lämmitystä varten.

Kysta on bakteerien ja monien yksisoluisten organismien tilapäinen olemassaolon muoto, jossa keho ympäröi itseään tiheällä suojakuorella suojautuakseen aggressiiviselta ulkopuolelta. Tämä este on erittäin tehokas - joissakin tapauksissa se voi auttaa isäntänä selviytymään pari vuosikymmentä.

Nototheniform kalat elävät Etelämantereen vesillä niin kylmissä vesissä, että normaalit kalat jäätyisivät siellä kuoliaaksi. Merivesi jäätyy vain -2 °C:n lämpötilassa, mitä ei voida sanoa täysin tuoreesta verestä. Mutta Etelämantereen kalat erittävät luonnollista jäätymisenestoproteiinia, joka estää jääkiteiden muodostumisen veressä - ja selviytyä.

Megatermia - kyky tuottaa lämpöä käyttämällä kehon massaa, mikä selviytyy kylmissä olosuhteissa jopa ilman pakkasnestettä veressä. Jotkut merikilpikonnat käyttävät tätä, ja ne pysyvät liikkuvina, kun niiden ympärillä oleva vesi melkein jäätyy.

Aasian vuoristohanhet nousevat suuriin korkeuksiin ylittäessään Himalajan. Näiden lintujen korkein lento kirjattiin 10 tuhannen metrin korkeudessa! Hanhet hallitsevat täysin ruumiinlämpöään, jopa muuttavat veren kemiaa tarpeen mukaan selviytyäkseen jäisessä ja ohuessa ilmassa.

Mudskipperit eivät ole yleisin kalalaji, vaikka ne kuuluvatkin melko banaaleihin kaloihin. Laskuveden aikaan he ryömivät lietettä pitkin, hankkivat omaa ruokaa ja kiipeilevät silloin tällöin puihin. Mutapäälliköt ovat elämäntavoiltaan paljon lähempänä sammakkoeläimiä, ja vain kidukselliset evät luovuttavat niistä kaloja.

Kasveilla, eläimillä ja linnuilla on joitain ominaisuuksia selviytyäkseen epäsuotuisissa ilmasto-oloissa. Näitä piirteitä kutsutaan "fysiologisiksi mukautuksiksi", joista voidaan nähdä esimerkkejä käytännössä kaikista nisäkäslajeista, myös ihmisistä.

Miksi tarvitsemme fysiologista sopeutumista?

Elinolosuhteet joissain osissa maailmaa eivät ole täysin mukavia, mutta villieläinten edustajia on useita. On useita syitä, miksi nämä eläimet eivät poistuneet vihamielisestä ympäristöstä.

Ensinnäkin ilmasto-olosuhteet voivat muuttua, kun tietty laji on jo olemassa tietyllä alueella. Jotkut eläimet eivät ole sopeutuneet muuttoon. On myös mahdollista, että alueelliset piirteet eivät salli muuttoa (saaret, vuoristotasangot jne.). Tietylle lajille muuttuneet elinolosuhteet ovat edelleen sopivampia kuin missään muualla. Ja fysiologinen sopeutuminen on paras ratkaisu ongelmaan.

Mitä sopeutumisella tarkoitetaan?

Fysiologinen sopeutuminen on organismien harmoniaa tietyn elinympäristön kanssa. Esimerkiksi sen asukkaiden mukava oleskelu autiomaassa johtuu heidän sopeutumisestaan ​​korkeisiin lämpötiloihin ja veden puutteeseen. Sopeutuminen on tiettyjen merkkien ilmaantumista organismeihin, joiden avulla ne voivat tulla toimeen ympäristön osien kanssa. Ne syntyvät tiettyjen kehon mutaatioiden prosessissa. Fysiologisia mukautuksia, joista esimerkkejä tunnetaan maailmalla, ovat esimerkiksi joidenkin eläinten (lepakot, delfiinit, pöllöt) kyky kaikua. Tämä kyky auttaa heitä navigoimaan tilassa, jossa on rajoitettu valaistus (pimeässä, vedessä).

Fysiologinen sopeutuminen on joukko kehon reaktioita tiettyihin ympäristön patogeenisiin tekijöihin. Se tarjoaa organismeille suuremman eloonjäämistodennäköisyyden ja on yksi populaation vahvojen ja vastustuskykyisten organismien luonnollisen valinnan menetelmistä.

Fysiologisen sopeutumisen tyypit

Organismin sopeutuminen erotetaan genotyyppisestä ja fenotyyppisestä. Genotyyppi perustuu luonnollisen valinnan olosuhteisiin ja mutaatioihin, jotka ovat johtaneet muutoksiin kokonaisen lajin tai populaation eliöissä. Juuri tämäntyyppisen sopeutumisen prosessissa syntyivät nykyaikaiset eläin-, lintu- ja ihmislajit. Genotyyppinen sopeutumismuoto on perinnöllinen.

Fenotyyppinen sopeutumismuoto johtuu yksittäisistä muutoksista tietyssä organismissa mukavan oleskelun takaamiseksi tietyissä ilmasto-olosuhteissa. Se voi kehittyä myös jatkuvan altistumisen vuoksi aggressiiviselle ympäristölle. Tämän seurauksena keho saa vastustuskyvyn olosuhteilleen.

Monimutkaiset ja ristikkäiset mukautukset

Monimutkaiset sopeutumiset ilmenevät tietyissä ilmasto-olosuhteissa. Esimerkiksi kehon sopeutuminen alhaisiin lämpötiloihin pitkän oleskelun aikana pohjoisilla alueilla. Tämä sopeutumismuoto kehittyy jokaisessa ihmisessä muuttaessaan toiselle ilmastovyöhykkeelle. Tietyn organismin ominaisuuksista ja sen terveydestä riippuen tämä sopeutumismuoto etenee eri tavoin.

Ristisopeutuminen on kehon totuttelun muoto, jossa vastustuskyvyn kehittyminen yhdelle tekijälle lisää vastustuskykyä tämän ryhmän kaikille tekijöille. Ihmisen fysiologinen sopeutuminen stressiin lisää hänen vastustuskykyään muutamille tekijöille, kuten kylmälle.

Positiivisten ristiinsopeuksien perusteella kehitettiin toimenpidekokonaisuus sydänlihaksen vahvistamiseksi ja sydänkohtausten ehkäisemiseksi. Luonnollisissa olosuhteissa ihmiset, jotka kohtasivat useammin stressaavia tilanteita elämässään, ovat vähemmän alttiita sydäninfarktin seurauksille kuin ne, jotka viettivät rauhallista elämäntapaa.

Adaptiivisten reaktioiden tyypit

Kehon adaptiivisia reaktioita on kahdenlaisia. Ensimmäistä tyyppiä kutsutaan "passiivisiksi mukautuksiksi". Nämä reaktiot tapahtuvat solutasolla. Ne kuvaavat organismin vastustuskykyasteen muodostumista negatiivisen ympäristötekijän vaikutuksille. Esimerkiksi ilmanpaineen muutos. Passiivinen sopeutuminen mahdollistaa kehon normaalin toiminnan ylläpitämisen pienillä ilmanpaineen vaihteluilla.

Tunnetuimmat fysiologiset mukautukset passiivityyppisissä eläimissä ovat elävän organismin suojaavat reaktiot kylmän vaikutuksille. Lepotila, jossa elämänprosessit hidastuvat, on luontaista joillekin kasvi- ja eläinlajeille.

Toista tyyppiä mukautuvia reaktioita kutsutaan aktiivisiksi, ja ne edellyttävät kehon suojatoimenpiteitä, kun se altistuu patogeenisille tekijöille. Tässä tapauksessa kehon sisäinen ympäristö pysyy vakiona. Tämän tyyppinen sopeutuminen on luontaista pitkälle kehittyneille nisäkkäille ja ihmisille.

Esimerkkejä fysiologisista sopeutumisesta

Ihmisen fysiologinen sopeutuminen ilmenee kaikissa hänen ympäristönsä ja elämäntapansa epätyypillisissä tilanteissa. Sopeutuminen on tunnetuin esimerkki sopeutumisesta. Eri organismeissa tämä prosessi tapahtuu eri nopeuksilla. Joillakin kestää muutaman päivän tottua uusiin olosuhteisiin, monella se kestää kuukausia. Myös tottumisnopeus riippuu eron asteesta tavanomaiseen ympäristöön.

Aggressiivisissa elinympäristöissä monilla nisäkkäillä ja linnuilla on tyypillinen joukko kehon reaktioita, jotka muodostavat niiden fysiologisen sopeutumisen. Esimerkkejä (eläimistä) voidaan havaita lähes joka ilmastovyöhykkeellä. Esimerkiksi aavikon asukkaat keräävät ihonalaisen rasvan varantoja, jotka hapettavat ja muodostavat vettä. Tämä prosessi havaitaan ennen kuivuuden alkamista.

Myös kasveissa tapahtuu fysiologista sopeutumista. Mutta hän on passiivinen. Esimerkki tällaisesta sopeutumisesta on puiden lehtien irtoaminen kylmän vuodenajan tullessa. Munuaisten paikat on peitetty suommilla, jotka suojaavat niitä alhaisten lämpötilojen ja lumen haitallisilta vaikutuksilta. Aineenvaihduntaprosessit kasveissa hidastuvat.

Yhdessä morfologisen sopeutumisen kanssa organismin fysiologiset reaktiot tarjoavat sille korkean eloonjäämistason epäsuotuisissa olosuhteissa ja rajuissa muutoksissa ympäristössä.

Nämä ovat vartalon optimaaliset mittasuhteet, karvan tai höyhenpeitteen sijainti ja tiheys jne. Vesinisäkkään - delfiinin - ulkonäkö tunnetaan hyvin. Hänen liikkeensä ovat kevyitä ja tarkkoja. Itsenäinen nopeus vedessä saavuttaa 40 kilometriä tunnissa. Veden tiheys on 800 kertaa ilman tiheys. Kehon torpedon muotoinen muoto estää delfiinin ympärille virtaavien vesipyörteiden muodostumisen.