Galvenie dzīvo organismu pielāgošanās vides apstākļiem veidi un formas. Fotoperiodisms. Adaptācijas formas Anatomiskās morfoloģiskās adaptācijas piemēri

Reakcijas uz nelabvēlīgiem vides faktoriem tikai noteiktos apstākļos ir kaitīgas dzīviem organismiem, un vairumā gadījumu tām ir adaptīva vērtība. Tāpēc Selye šīs reakcijas sauca par "vispārējo adaptācijas sindromu". Vēlākajos darbos viņš kā sinonīmus lietoja terminus "stress" un "vispārējās adaptācijas sindroms".

Pielāgošanās- tas ir ģenētiski noteikts aizsargsistēmu veidošanās process, kas nodrošina stabilitātes pieaugumu un ontoģenēzes plūsmu tam nelabvēlīgos apstākļos.

Adaptācija ir viens no svarīgākajiem mehānismiem, kas paaugstina bioloģiskās sistēmas, tajā skaitā augu organisma, stabilitāti mainītajos eksistences apstākļos. Jo labāk organisms ir pielāgojies kādam faktoram, jo ​​izturīgāks pret tā svārstībām.

Organisma genotipiski noteiktās spējas noteiktās robežās atkarībā no ārējās vides darbības mainīt vielmaiņu tiek sauktas. reakcijas ātrums. To kontrolē genotips un tas ir raksturīgs visiem dzīviem organismiem. Lielākajai daļai modifikāciju, kas notiek reakcijas normas robežās, ir adaptīva nozīme. Tie atbilst izmaiņām biotopā un nodrošina labāku augu izdzīvošanu mainīgos vides apstākļos. Šajā ziņā šādām modifikācijām ir evolucionāra nozīme. Terminu "reakcijas ātrums" ieviesa V.L. Johansens (1909).

Jo lielāka ir sugas vai šķirnes spēja mainīties atbilstoši videi, jo lielāks ir tās reakcijas ātrums un augstāka adaptācijas spēja. Šis īpašums atšķir izturīgas lauksaimniecības kultūru šķirnes. Parasti nelielas un īslaicīgas vides faktoru izmaiņas neizraisa būtiskus augu fizioloģisko funkciju pārkāpumus. Tas ir saistīts ar to spēju saglabāt iekšējās vides relatīvo dinamisko līdzsvaru un fizioloģisko pamatfunkciju stabilitāti mainīgā ārējā vidē. Tajā pašā laikā asas un ilgstošas ​​ietekmes izraisa daudzu auga funkciju traucējumus un bieži vien tā nāvi.

Adaptācija ietver visus procesus un adaptācijas (anatomiskos, morfoloģiskos, fizioloģiskos, uzvedības u.c.), kas palielina stabilitāti un veicina sugas izdzīvošanu.

1.Anatomiskie un morfoloģiskie pielāgojumi. Dažiem kserofītu pārstāvjiem sakņu sistēmas garums sasniedz vairākus desmitus metru, kas ļauj augam izmantot gruntsūdeņus un nepiedzīvot mitruma trūkumu augsnes un atmosfēras sausuma apstākļos. Citos kserofītos biezas kutikulas klātbūtne, lapu pubescence un lapu pārvēršanās mugurkaulās samazina ūdens zudumus, kas ir ļoti svarīgi mitruma trūkuma apstākļos.

Degošie mati un muguriņas aizsargā augus no dzīvnieku ēšanas.

Koki tundrā vai augstos kalnu augstumos izskatās kā tupus ložņājoši krūmi, ziemā tos klāj sniegs, kas pasargā tos no lielām salnām.

Kalnu apvidos ar lielām diennakts temperatūras svārstībām augiem bieži ir saplacināti spilveni ar blīvi izvietotiem daudziem kātiem. Tas ļauj saglabāt mitrumu spilvenos un relatīvi vienmērīgu temperatūru visas dienas garumā.

Purva un ūdens augos veidojas īpaša gaisu nesoša parenhīma (aerenhīma), kas ir gaisa rezervuārs un atvieglo ūdenī iegremdētu augu daļu elpošanu.

2. Fizioloģiskās un bioķīmiskās adaptācijas. Sukulentos pielāgošanās audzēšanai tuksneša un pustuksneša apstākļos ir CO 2 asimilācija fotosintēzes laikā pa CAM ceļu. Šiem augiem dienas laikā ir aizvērtas stomas. Tādējādi iekārta saglabā iekšējās ūdens rezerves no iztvaikošanas. Tuksnešos ūdens ir galvenais augu augšanu ierobežojošais faktors. Stomati atveras naktī, un šajā laikā CO2 nonāk fotosintēzes audos. Turpmākā CO2 iesaistīšanās fotosintēzes ciklā notiek dienas laikā jau ar slēgtu stomatītu.

Fizioloģiskās un bioķīmiskās adaptācijas ietver stomatu spēju atvērties un aizvērt atkarībā no ārējiem apstākļiem. Abscīnskābes, prolīna, aizsargproteīnu, fitoaleksīnu, fitoncīdu sintēze šūnās, enzīmu aktivitātes palielināšanās, kas neitralizē organisko vielu oksidatīvo sadalīšanos, cukuru uzkrāšanās šūnās un virkne citu metabolisma izmaiņu veicina augu izturības palielināšanās pret nelabvēlīgiem vides apstākļiem.

To pašu bioķīmisko reakciju var veikt vairākas viena un tā paša enzīma (izoenzīmu) molekulārās formas, savukārt katrai izoformai ir katalītiskā aktivitāte relatīvi šaurā dažu vides parametru, piemēram, temperatūras, diapazonā. Vairāku izoenzīmu klātbūtne ļauj augam veikt reakciju daudz plašākā temperatūru diapazonā, salīdzinot ar katru atsevišķu izoenzīmu. Tas ļauj augam veiksmīgi veikt dzīvībai svarīgas funkcijas mainīgos temperatūras apstākļos.

3. Uzvedības pielāgošana vai izvairīšanās no nelabvēlīga faktora. Kā piemēru var minēt efemērus un efemeroīdus (magones, zvaigžņu ziedi, krokusi, tulpes, sniegpulkstenītes). Viņi iziet visu attīstības ciklu pavasarī 1,5-2 mēnešus, pat pirms karstuma un sausuma iestāšanās. Tādējādi viņi pamet vai izvairās nonākt stresa izraisītāja ietekmē. Līdzīgā veidā agri nogatavojušās lauksaimniecības kultūru šķirnes veido ražu pirms nelabvēlīgu sezonas notikumu iestāšanās: augusta miglas, lietus, sals. Tāpēc daudzu lauksaimniecības kultūru selekcijas mērķis ir radīt agri nogatavojušās šķirnes. Daudzgadīgie augi pārziemo kā sakneņi un sīpoli augsnē zem sniega, kas pasargā tos no sasalšanas.

Augu pielāgošana nelabvēlīgiem faktoriem tiek veikta vienlaikus daudzos regulēšanas līmeņos - no vienas šūnas līdz fitocenozei. Jo augstāks organizācijas līmenis (šūna, organisms, populācija), jo lielāks ir mehānismu skaits, kas vienlaicīgi iesaistīti augu pielāgošanā stresam.

Metabolisma un adaptīvo procesu regulēšana šūnas iekšienē tiek veikta ar sistēmu palīdzību: vielmaiņas (enzīmu); ģenētiska; membrāna. Šīs sistēmas ir cieši saistītas. Tādējādi membrānu īpašības ir atkarīgas no gēnu aktivitātes, un pašu gēnu diferenciālā aktivitāte ir membrānu kontrolē. Fermentu sintēze un to darbība tiek kontrolēta ģenētiskā līmenī, tajā pašā laikā fermenti regulē nukleīnskābju metabolismu šūnā.

Uz organisma līmenisšūnu adaptācijas mehānismiem tiek pievienoti jauni, atspoguļojot orgānu mijiedarbību. Nelabvēlīgos apstākļos augi veido un saglabā tādu augļu elementu skaitu, kas tiek nodrošināti pietiekamā daudzumā ar nepieciešamajām vielām, lai veidotos pilnvērtīgas sēklas. Piemēram, kultivēto graudaugu ziedkopās un augļu koku vainagos nelabvēlīgos apstākļos var nokrist vairāk nekā puse no izliktajām olnīcām. Šādu izmaiņu pamatā ir konkurences attiecības starp orgāniem par fizioloģiski aktīviem un barības vielām.

Stresa apstākļos novecošanās un apakšējo lapu krišanas procesi tiek strauji paātrināti. Tajā pašā laikā augiem nepieciešamās vielas no tiem pārvietojas uz jauniem orgāniem, reaģējot uz organisma izdzīvošanas stratēģiju. Pateicoties barības vielu pārstrādei no apakšējām lapām, jaunākās, augšējās lapas, saglabā dzīvotspēju.

Ir zaudēto orgānu reģenerācijas mehānismi. Piemēram, brūces virsma ir pārklāta ar sekundāriem integumentāriem audiem (brūces periderma), brūce uz stumbra vai zara ir sadzijusi ar pieplūdumiem (kallusiem). Zaudējot apikālo dzinumu, augos pamostas snaudošie pumpuri un intensīvi attīstās sānu dzinumi. Pavasara lapu atjaunošana rudenī nokritušo lapu vietā ir arī dabiskās orgānu atjaunošanās piemērs. Reģenerācijai kā bioloģiskai iekārtai, kas nodrošina augu veģetatīvu pavairošanu ar sakņu segmentiem, sakneņiem, talli, stumbra un lapu spraudeņiem, izolētām šūnām, atsevišķiem protoplastiem, ir liela praktiska nozīme augkopībā, augļkopībā, mežsaimniecībā, dekoratīvajā dārzkopībā u.c.

Aizsardzības un adaptācijas procesos augu līmenī tiek iesaistīta arī hormonālā sistēma. Piemēram, augam nelabvēlīgu apstākļu ietekmē strauji palielinās augšanas inhibitoru saturs: etilēns un abscisskābe. Tie samazina vielmaiņu, kavē augšanas procesus, paātrina novecošanos, orgānu krišanu un auga pāreju miera stāvoklī. Funkcionālās aktivitātes kavēšana stresa apstākļos augšanas inhibitoru ietekmē ir augiem raksturīga reakcija. Tajā pašā laikā audos samazinās augšanas stimulantu saturs: citokinīns, auksīns un giberelīni.

Uz iedzīvotāju līmenis tiek pievienota selekcija, kas noved pie vairāk pielāgotu organismu parādīšanās. Selekcijas iespēju nosaka iekšpopulācijas mainīguma pastāvēšana augu rezistencē pret dažādiem vides faktoriem. Intrapopulācijas pretestības mainīguma piemērs var būt nedraudzīgs stādu izskats sāļā augsnē un dīgtspējas laika izmaiņu palielināšanās, palielinoties stresa izraisītāja iedarbībai.

Suga mūsdienu skatījumā sastāv no liela skaita biotipu – mazākām ekoloģiskām vienībām, ģenētiski identiskām, bet uzrāda atšķirīgu izturību pret vides faktoriem. Dažādos apstākļos ne visi biotipi ir vienlīdz vitāli svarīgi, un konkurences rezultātā no tiem paliek tikai tie, kas vislabāk atbilst dotajiem nosacījumiem. Tas ir, populācijas (šķirnes) izturību pret noteiktu faktoru nosaka populāciju veidojošo organismu rezistence. Izturīgo šķirņu sastāvā ir biotipu kopums, kas nodrošina labu produktivitāti pat nelabvēlīgos apstākļos.

Tajā pašā laikā ilgstošas ​​audzēšanas procesā šķirnēs mainās biotipu sastāvs un attiecība populācijā, kas ietekmē šķirnes produktivitāti un kvalitāti, bieži vien ne uz labo pusi.

Tātad adaptācija ietver visus procesus un adaptācijas, kas palielina augu izturību pret nelabvēlīgiem vides apstākļiem (anatomiskiem, morfoloģiskiem, fizioloģiskiem, bioķīmiskiem, uzvedības, populācijas utt.)

Taču, lai izvēlētos efektīvāko adaptācijas veidu, galvenais ir laiks, kurā organismam jāpielāgojas jauniem apstākļiem.

Ar pēkšņu ekstrēma faktora darbību reakciju nevar aizkavēt, tai jāseko nekavējoties, lai izslēgtu neatgriezeniskus augu bojājumus. Ar neliela spēka ilgtermiņa ietekmi adaptīvās pārkārtošanās notiek pakāpeniski, vienlaikus palielinoties iespējamo stratēģiju izvēlei.

Šajā sakarā ir trīs galvenās pielāgošanās stratēģijas: evolucionārs, ontoģenētisks un steidzams. Stratēģijas uzdevums ir pieejamo resursu efektīva izmantošana, lai sasniegtu galveno mērķi – organisma izdzīvošanu stresa apstākļos. Adaptācijas stratēģija ir vērsta uz dzīvībai svarīgo makromolekulu strukturālās integritātes un šūnu struktūru funkcionālās aktivitātes saglabāšanu, dzīvības aktivitāšu regulēšanas sistēmu uzturēšanu un augu nodrošināšanu ar enerģiju.

Evolūcijas vai filoģenētiskas adaptācijas(filoģenēze - bioloģiskās sugas attīstība laikā) - tās ir adaptācijas, kas rodas evolūcijas procesā uz ģenētisku mutāciju, selekcijas pamata un tiek mantotas. Tie ir visuzticamākie augu izdzīvošanai.

Katrai augu sugai evolūcijas procesā ir izveidojušās noteiktas vajadzības pēc eksistences apstākļiem un pielāgošanās ekoloģiskajai nišai, ko tā ieņem, stabilu organisma pielāgošanos videi. Konkrētu augu sugu mitruma un ēnas tolerance, karstumizturība, aukstumizturība un citas ekoloģiskās īpašības veidojās attiecīgo apstākļu ilgstošas ​​darbības rezultātā. Tātad dienvidu platuma grādiem raksturīgi siltummīlīgie un īsdienu augi, ziemeļu platuma grādiem – mazāk siltumprasīgie un garās dienas augi. Ir labi zināmi daudzi kserofītu augu evolucionāri pielāgojumi sausumam: ekonomiska ūdens izmantošana, dziļi iesakņojusies sakņu sistēma, lapu nobiršana un pāreja uz miera stāvokli un citi pielāgojumi.

Šajā sakarā lauksaimniecības augu šķirnes izrāda izturību tieši pret tiem vides faktoriem, pret kuriem tiek veikta audzēšana un produktīvo formu selekcija. Ja selekcija notiek vairākās secīgās paaudzēs uz kāda nelabvēlīga faktora pastāvīgas ietekmes fona, tad šķirnes izturību pret to var būtiski palielināt. Dabiski, ka Dienvidaustrumu Lauksaimniecības pētniecības institūtā (Saratovā) audzētās šķirnes ir izturīgākas pret sausumu nekā Maskavas apgabala selekcijas centros radītās šķirnes. Tādā pašā veidā ekoloģiskajās zonās ar nelabvēlīgiem augsnes un klimatiskajiem apstākļiem veidojās izturīgas vietējās augu šķirnes, un endēmiskās augu sugas ir izturīgas pret stresa faktoru, kas izpaužas to dzīvotnē.

Vasaras kviešu šķirņu rezistences raksturojums no Viskrievijas Augkopības institūta kolekcijas (Semenov et al., 2005)

Dabiskā vidē vides apstākļi parasti mainās ļoti ātri, un laiks, kurā stresa faktors sasniedz kaitīgu līmeni, nav pietiekams evolucionāro adaptāciju veidošanai. Šajos gadījumos augi izmanto nevis pastāvīgus, bet stresoru izraisītus aizsardzības mehānismus, kuru veidošanās ir ģenētiski iepriekš noteikta (determinēta).

Ontoģenētiskās (fenotipiskās) adaptācijas nav saistītas ar ģenētiskām mutācijām un nav iedzimtas. Šādu adaptāciju veidošana prasa salīdzinoši ilgu laiku, tāpēc tos sauc par ilgtermiņa adaptācijām. Viens no šiem mehānismiem ir vairāku augu spēja veidot ūdeni taupošu CAM tipa fotosintēzes ceļu ūdens deficīta apstākļos, ko izraisa sausums, sāļums, zema temperatūra un citi stresa faktori.

Šī adaptācija ir saistīta ar fosfoenolpiruvāta karboksilāzes gēna, kas normālos apstākļos ir neaktīvs, un citu CO2 uzņemšanas CAM ceļa enzīmu gēnu ekspresijas indukciju ar osmolītu (prolīna) biosintēzi, ar antioksidanta aktivāciju. sistēmas, kā arī ar izmaiņām stomatālo kustību ikdienas ritmos. Tas viss noved pie ļoti ekonomiska ūdens patēriņa.

Lauka kultūrās, piemēram, kukurūzā normālos augšanas apstākļos aerenhīmas nav. Bet applūšanas un skābekļa trūkuma apstākļos sakņu audos dažas saknes un stumbra primārās garozas šūnas mirst (apoptoze vai ieprogrammēta šūnu nāve). To vietā veidojas dobumi, caur kuriem skābeklis tiek transportēts no auga gaisa daļas uz sakņu sistēmu. Šūnu nāves signāls ir etilēna sintēze.

Steidzama adaptācija notiek ar straujām un intensīvām dzīves apstākļu izmaiņām. Tas ir balstīts uz triecienaizsardzības sistēmu veidošanos un darbību. Pie triecienaizsardzības sistēmām pieder, piemēram, karstuma šoka proteīnu sistēma, kas veidojas, reaģējot uz strauju temperatūras paaugstināšanos. Šie mehānismi nodrošina īstermiņa apstākļus izdzīvošanai kaitīga faktora iedarbībā un tādējādi rada priekšnoteikumus uzticamāku ilgtermiņa specializētu adaptācijas mehānismu veidošanai. Specializētu adaptācijas mehānismu piemērs ir jauna antifrīzu proteīnu veidošanās zemā temperatūrā vai cukuru sintēze ziemāju kultūru ziemošanas laikā. Tajā pašā laikā, ja faktora kaitīgā iedarbība pārsniedz ķermeņa aizsargājošās un reparatīvās spējas, tad neizbēgami iestājas nāve. Šajā gadījumā organisms mirst neatliekamās vai specializētās adaptācijas stadijā atkarībā no ārkārtējā faktora intensitātes un ilguma.

Atšķirt specifisks un nespecifisks (vispārīgs) augu reakcija uz stresa faktoriem.

Nespecifiskas reakcijas nav atkarīgi no iedarbojošā faktora rakstura. Tie ir vienādi gan augstā, gan zemā temperatūrā, mitruma trūkuma vai pārmērības, augstas sāļu koncentrācijas augsnē vai kaitīgo gāzu iedarbībā gaisā. Visos gadījumos augu šūnās palielinās membrānu caurlaidība, tiek traucēta elpošana, palielinās vielu hidrolītiskā sadalīšanās, palielinās etilēna un abscīnskābes sintēze, tiek kavēta šūnu dalīšanās un pagarināšanās.

Tabulā parādīts nespecifisku izmaiņu komplekss, kas notiek augos dažādu vides faktoru ietekmē.

Fizioloģisko parametru izmaiņas augos stresa apstākļu ietekmē (pēc G.V., Udovenko, 1995)

Pamatojoties uz tabulas datiem, redzams, ka augu izturību pret vairākiem faktoriem pavada vienvirziena fizioloģiskas izmaiņas. Tas dod pamatu uzskatīt, ka augu rezistences palielināšanās pret vienu faktoru var būt saistīta ar pretestības palielināšanos pret citu faktoru. Tas ir apstiprināts ar eksperimentiem.

Eksperimenti Krievijas Zinātņu akadēmijas Augu fizioloģijas institūtā (Vl. V. Kuzņecovs un citi) ir parādījuši, ka īslaicīga kokvilnas augu termiskā apstrāde ir saistīta ar to izturības palielināšanos pret turpmāko sāļošanos. Un augu pielāgošanās sāļumam palielina to izturību pret augstām temperatūrām. Karstuma šoks palielina augu spēju pielāgoties sekojošajam sausumam un, tieši otrādi, sausuma procesā palielinās organisma izturība pret augstu temperatūru. Īslaicīga augstas temperatūras iedarbība palielina izturību pret smagajiem metāliem un UV-B starojumu. Iepriekšējais sausums veicina augu izdzīvošanu sāļuma vai aukstuma apstākļos.

Tiek saukts process, kurā palielinās ķermeņa pretestība noteiktam vides faktoram adaptācijas rezultātā cita rakstura faktoram. krusteniskā adaptācija.

Lai izpētītu vispārējos (nespecifiskos) rezistences mehānismus, liela interese ir augu reakcija uz faktoriem, kas izraisa ūdens trūkumu augos: sāļums, sausums, zema un augsta temperatūra un daži citi. Visa organisma līmenī uz ūdens trūkumu visi augi reaģē vienādi. Raksturīga dzinumu augšanas kavēšana, pastiprināta sakņu sistēmas augšana, abscisīnskābes sintēze un stomatālās vadītspējas samazināšanās. Pēc kāda laika apakšējās lapas strauji noveco, un tiek novērota to nāve. Visas šīs reakcijas ir vērstas uz ūdens patēriņa samazināšanu, samazinot iztvaikošanas virsmu, kā arī palielinot saknes absorbcijas aktivitāti.

Specifiskas reakcijas ir reakcijas uz jebkura stresa faktora darbību. Tātad, fitoaleksīni (vielas ar antibiotiskām īpašībām) tiek sintezēti augos, reaģējot uz saskari ar patogēniem (patogēniem).

Reakciju specifika vai nespecifiskums nozīmē, no vienas puses, auga attieksmi pret dažādiem stresa faktoriem un, no otras puses, dažādu sugu un šķirņu augu raksturīgās reakcijas uz vienu un to pašu stresa faktoru.

Augu specifisko un nespecifisko reakciju izpausme ir atkarīga no stresa stipruma un tā attīstības ātruma. Īpašas reakcijas rodas biežāk, ja stress attīstās lēni, un ķermenim ir laiks atjaunoties un pielāgoties tam. Nespecifiskas reakcijas parasti notiek ar īsāku un spēcīgāku stresa izraisītāja iedarbību. Nespecifisko (vispārējo) pretestības mehānismu darbība ļauj augam izvairīties no lieliem enerģijas izdevumiem specializētu (specifisku) adaptācijas mehānismu veidošanai, reaģējot uz jebkādām novirzēm no normas viņu dzīves apstākļos.

Augu izturība pret stresu ir atkarīga no ontoģenēzes fāzes. Stabilākie augi un augu orgāni miera stāvoklī: sēklu, sīpolu veidā; kokaini daudzgadīgie augi - dziļā miera stāvoklī pēc lapu nokrišanas. Augi ir visjutīgākie jaunībā, jo augšanas procesi tiek bojāti, pirmkārt, stresa apstākļos. Otrais kritiskais periods ir gametu veidošanās un apaugļošanās periods. Stresa ietekme šajā periodā izraisa augu reproduktīvās funkcijas samazināšanos un ražas samazināšanos.

Ja stresa apstākļi atkārtojas un tiem ir zema intensitāte, tie veicina augu sacietēšanu. Tas ir pamats metodēm, kā palielināt izturību pret zemām temperatūrām, karstumu, sāļumu un paaugstinātu kaitīgo gāzu saturu gaisā.

Uzticamība augu organisma stāvokli nosaka tā spēja novērst vai novērst kļūmes dažādos bioloģiskās organizācijas līmeņos: molekulārā, subcelulārā, šūnu, audu, orgānu, organisma un populācijas.

Lai novērstu traucējumus augu dzīvē nelabvēlīgu faktoru ietekmē, principi atlaišana, funkcionāli līdzvērtīgu komponentu neviendabīgums, sistēmas nozaudētu konstrukciju remontam.

Struktūru un funkcionalitātes dublēšana ir viens no galvenajiem veidiem, kā nodrošināt sistēmu uzticamību. Atlaišanai un atlaišanai ir vairākas izpausmes. Subcelulārajā līmenī ģenētiskā materiāla rezervēšana un dublēšana veicina augu organisma uzticamības palielināšanos. To nodrošina, piemēram, DNS dubultspirāle, palielinot ploidiju. Augu organisma funkcionēšanas uzticamību mainīgos apstākļos atbalsta arī dažādu RNS kurjermolekulu klātbūtne un neviendabīgu polipeptīdu veidošanās. Tie ietver izoenzīmus, kas katalizē vienu un to pašu reakciju, bet atšķiras pēc to fizikāli ķīmiskajām īpašībām un molekulārās struktūras stabilitātes mainīgos vides apstākļos.

Šūnu līmenī atlaišanas piemērs ir šūnu organellu pārpalikums. Tādējādi ir konstatēts, ka pietiek ar daļu no pieejamajiem hloroplastiem, lai nodrošinātu augu ar fotosintēzes produktiem. Atlikušie hloroplasti it kā paliek rezervē. Tas pats attiecas uz kopējo hlorofila saturu. Redundance izpaužas arī lielā prekursoru uzkrāšanā daudzu savienojumu biosintēzei.

Organiskā līmenī atlaišanas princips izpaužas, veidojot un iedējot dažādos laikos vairāk dzinumu, ziedu, vārpiņu, nekā nepieciešams paaudžu maiņai, milzīgā daudzumā ziedputekšņu, olšūnu, sēklu.

Populācijas līmenī atlaišanas princips izpaužas lielā skaitā indivīdu, kas atšķiras ar izturību pret konkrētu stresa faktoru.

Remontsistēmas darbojas arī dažādos līmeņos – molekulārajā, šūnu, organisma, populācijas un biocenotiskajā. Reparatīvie procesi notiek ar enerģijas un plastisko vielu patēriņu, tāpēc reparācija iespējama tikai tad, ja tiek uzturēts pietiekams vielmaiņas ātrums. Ja vielmaiņa apstājas, tad apstājas arī reparācija. Ārējās vides ekstremālos apstākļos elpošanas saglabāšana ir īpaši svarīga, jo tieši elpošana nodrošina enerģiju labošanas procesiem.

Adaptēto organismu šūnu reducējošās spējas nosaka to proteīnu noturība pret denaturāciju, proti, saišu stabilitāte, kas nosaka proteīna sekundāro, terciāro un kvartāro struktūru. Piemēram, nobriedušu sēklu izturība pret augstām temperatūrām parasti ir saistīta ar to, ka pēc dehidratācijas to proteīni kļūst izturīgi pret denaturāciju.

Galvenais enerģijas materiāla avots kā elpošanas substrāts ir fotosintēze, tāpēc šūnas energoapgāde un ar to saistītie reparācijas procesi ir atkarīgi no fotosintēzes aparāta stabilitātes un spējas atgūties no bojājumiem. Lai uzturētu fotosintēzi ekstrēmos apstākļos augos, tiek aktivizēta tilakoīdu membrānas komponentu sintēze, tiek kavēta lipīdu oksidēšanās un atjaunota plastīda ultrastruktūra.

Organiskā līmenī reģenerācijas piemērs ir aizstājēju dzinumu attīstība, neaktīvu pumpuru pamošanās, kad augšanas punkti ir bojāti.

Ja atrodat kļūdu, lūdzu, iezīmējiet teksta daļu un noklikšķiniet uz Ctrl+Enter.

Būtībā adaptācijas sistēmas vienā vai otrā veidā attiecas uz aukstumu, kas ir diezgan loģiski - ja izdosies izdzīvot dziļā mīnusā, pārējās briesmas nebūs tik briesmīgas. Tas pats, starp citu, attiecas uz ārkārtīgi augstām temperatūrām. Kurš spēj pielāgoties, visticamāk, nekur nepazudīs.

Arktiskie zaķi ir lielākie zaķi Ziemeļamerikā, kuriem nez kāpēc ir salīdzinoši īsas ausis. Šis ir lielisks piemērs tam, ko dzīvnieks var upurēt, lai izdzīvotu skarbos apstākļos – kamēr garās ausis var palīdzēt sadzirdēt plēsēju, bet īsās samazina dārgā siltuma izdalīšanos, kas arktiskajiem zaķiem ir daudz svarīgāk.

Vardes no Aļaskas, suga Rana sylvatica, iespējams, pat pārspēja Antarktikas zivis. Ziemā tie burtiski sasalst ledū, tādējādi gaidot auksto sezonu, un pavasarī atdzīvojas. Šāds “kriomiegs” viņiem ir iespējams, pateicoties īpašajai aknu struktūrai, kas ziemas guļas laikā dubultojas, un sarežģītās asins bioķīmijas dēļ.

Dažas dievlūdzēju sugas, kas nevar visu dienu pavadīt saulē, tiek galā ar siltuma trūkumu ķīmisko reakciju rezultātā savā ķermenī, koncentrējot siltuma uzliesmojumus iekšā īslaicīgai karsēšanai.

Cista ir īslaicīga baktēriju un daudzu vienšūnu organismu eksistences forma, kurā ķermenis ieskauj blīvu aizsargapvalku, lai pasargātu sevi no agresīvas ārējās vides. Šī barjera ir ļoti efektīva – dažos gadījumos tā var palīdzēt saimniekam izdzīvot pāris gadu desmitus.

Nototenveidīgās zivis Antarktikas ūdeņos dzīvo tik aukstos, ka parastās zivis tur nosaltu līdz nāvei. Jūras ūdens sasalst tikai -2 ° C temperatūrā, ko nevar teikt par pilnīgi svaigām asinīm. Bet Antarktikas zivis izdala dabisku antifrīza proteīnu, kas neļauj ledus kristāliem veidoties asinīs – un izdzīvo.

Megatermija - spēja radīt siltumu, izmantojot ķermeņa masu, tādējādi izdzīvojot aukstos apstākļos pat bez antifrīza asinīs. To izmanto daži jūras bruņurupuči, kuri paliek kustīgi, kad ūdens ap tiem gandrīz sasalst.

Āzijas kalnu zosis, šķērsojot Himalajus, paceļas lielos augstumos. Augstākais šo putnu lidojums tika reģistrēts 10 tūkstošu metru augstumā! Zosis pilnībā kontrolē savu ķermeņa temperatūru, pat maina asins ķīmisko sastāvu, ja nepieciešams, lai izdzīvotu ledus un retajā gaisā.

Mudskippers nav visizplatītākais zivju veids, lai gan tie pieder diezgan banāliem gobiem. Paisuma laikā viņi rāpjas pa dūņām, dabūjot paši sev pārtiku, reizēm kāpjot kokos. Savā dzīvesveidā dubļi ir daudz tuvāki abiniekiem, un tajās zivis izdala tikai spuras ar žaunām.

Lai izdzīvotu nelabvēlīgos klimatiskajos apstākļos, augiem, dzīvniekiem un putniem ir dažas iezīmes. Šīs pazīmes sauc par "fizioloģiskajiem pielāgojumiem", kuru piemērus var redzēt praktiski visās zīdītāju sugās, ieskaitot cilvēkus.

Kāpēc mums ir nepieciešama fizioloģiska adaptācija?

Dzīves apstākļi dažviet pasaulē nav gluži komfortabli, tomēr ir dažādi savvaļas pārstāvji. Ir vairāki iemesli, kāpēc šie dzīvnieki nepameta naidīgo vidi.

Pirmkārt, klimatiskie apstākļi var mainīties, ja konkrētajā apgabalā jau pastāv noteikta suga. Daži dzīvnieki nav pielāgojušies migrācijai. Iespējams arī, ka teritoriālās īpatnības nepieļauj migrāciju (salas, kalnu plato u.c.). Noteiktai sugai mainītie dzīves apstākļi joprojām paliek piemērotāki nekā jebkurā citā vietā. Un fizioloģiskā adaptācija ir labākais problēmas risinājums.

Ko nozīmē adaptācija?

Fizioloģiskā adaptācija ir organismu harmonija ar noteiktu biotopu. Piemēram, tā iemītnieku ērta uzturēšanās tuksnesī ir saistīta ar viņu pielāgošanos augstām temperatūrām un ūdens pieejamības trūkumu. Adaptācija ir noteiktu pazīmju parādīšanās organismos, kas ļauj tiem saprasties ar jebkuriem vides elementiem. Tie rodas noteiktu mutāciju procesā organismā. Fizioloģiskie pielāgojumi, kuru piemēri ir labi zināmi pasaulē, ir, piemēram, spēja veikt eholokāciju dažiem dzīvniekiem (sikspārņiem, delfīniem, pūcēm). Šī spēja palīdz viņiem orientēties telpā ar ierobežotu apgaismojumu (tumsā, ūdenī).

Fizioloģiskā adaptācija ir ķermeņa reakciju kopums uz noteiktiem patogēniem vides faktoriem. Tā nodrošina organismiem lielāku izdzīvošanas iespējamību un ir viena no spēcīgu un izturīgu organismu dabiskās atlases metodēm populācijā.

Fizioloģiskās adaptācijas veidi

Organisma adaptācija izšķir genotipisko un fenotipisko. Genotipa pamatā ir dabiskās atlases apstākļi un mutācijas, kas izraisīja izmaiņas veselas sugas vai populācijas organismos. Tieši šāda veida adaptācijas procesā veidojās mūsdienu dzīvnieku, putnu un cilvēku sugas. Adaptācijas genotipiskā forma ir iedzimta.

Fenotipiskā adaptācijas forma ir saistīta ar individuālām izmaiņām konkrētā organismā, lai nodrošinātu ērtu uzturēšanos noteiktos klimatiskajos apstākļos. Tas var attīstīties arī pastāvīgas agresīvas vides iedarbības dēļ. Tā rezultātā ķermenis iegūst izturību pret tā apstākļiem.

Sarežģīti un krusteniski pielāgojumi

Sarežģītas adaptācijas izpaužas noteiktos klimatiskajos apstākļos. Piemēram, ķermeņa pielāgošanās zemai temperatūrai ilgstošas ​​uzturēšanās laikā ziemeļu reģionos. Šī adaptācijas forma attīstās katrā cilvēkā, pārejot uz citu klimatisko zonu. Atkarībā no konkrēta organisma īpašībām un tā veselības šī adaptācijas forma notiek dažādos veidos.

Krusta adaptācija ir ķermeņa pieradināšanas veids, kurā rezistences attīstība pret vienu faktoru palielina izturību pret visiem šīs grupas faktoriem. Cilvēka fizioloģiskā adaptācija stresam palielina viņa izturību pret dažiem citiem faktoriem, piemēram, aukstumu.

Balstoties uz pozitīvām krusteniskām adaptācijām, tika izstrādāts pasākumu kopums sirds muskuļa stiprināšanai un sirdslēkmes profilaksei. Dabiskos apstākļos tie cilvēki, kuri savā dzīvē biežāk saskārās ar stresa situācijām, ir mazāk uzņēmīgi pret miokarda infarkta sekām nekā tie, kuri vadīja mierīgu dzīvesveidu.

Adaptīvo reakciju veidi

Ir divu veidu ķermeņa adaptīvās reakcijas. Pirmo veidu sauc par "pasīvām adaptācijām". Šīs reakcijas notiek šūnu līmenī. Tie raksturo organisma rezistences pakāpes veidošanos pret negatīva vides faktora ietekmi. Piemēram, atmosfēras spiediena izmaiņas. Pasīvā adaptācija ļauj uzturēt normālu ķermeņa funkcionalitāti ar nelielām atmosfēras spiediena svārstībām.

Pazīstamākās fizioloģiskās adaptācijas pasīvā tipa dzīvniekiem ir dzīvā organisma aizsargreakcijas pret aukstuma iedarbību. Hibernācija, kurā dzīvības procesi palēninās, ir raksturīga dažām augu un dzīvnieku sugām.

Otrs adaptīvo reakciju veids tiek saukts par aktīvām, un tas nozīmē ķermeņa aizsardzības pasākumus, pakļaujoties patogēniem faktoriem. Šajā gadījumā ķermeņa iekšējā vide paliek nemainīga. Šis adaptācijas veids ir raksturīgs augsti attīstītiem zīdītājiem un cilvēkiem.

Fizioloģisko adaptāciju piemēri

Cilvēka fizioloģiskā adaptācija izpaužas visās viņa videi un dzīvesveidam nestandarta situācijās. Aklimatizācija ir slavenākais adaptācijas piemērs. Dažādiem organismiem šis process notiek dažādos ātrumos. Dažiem nepieciešamas dažas dienas, lai pierastu pie jaunajiem apstākļiem, daudziem tas prasīs mēnešus. Arī pieradināšanas ātrums ir atkarīgs no atšķirības pakāpes ar ierasto vidi.

Agresīvās dzīvotnēs daudziem zīdītājiem un putniem ir raksturīgs ķermeņa reakciju kopums, kas veido to fizioloģisko adaptāciju. Piemērus (dzīvniekiem) var novērot gandrīz katrā klimata zonā. Piemēram, tuksneša iemītnieki uzkrāj zemādas tauku rezerves, kas oksidējas un veido ūdeni. Šis process tiek novērots pirms sausuma perioda sākuma.

Augos notiek arī fizioloģiskā adaptācija. Bet viņa ir pasīva. Šādas pielāgošanās piemērs ir lapu nobiršana koku dēļ, iestājoties aukstajai sezonai. Nieru vietas ir pārklātas ar zvīņām, kas pasargā tās no zemas temperatūras un sniega ar vēju kaitīgās ietekmes. Metabolisma procesi augos palēninās.

Kombinācijā ar morfoloģisko adaptāciju organisma fizioloģiskās reakcijas nodrošina tam augstu izdzīvošanas līmeni nelabvēlīgos apstākļos un krasas vides izmaiņas.

Tās ir optimālās ķermeņa proporcijas, apmatojuma vai spalvu seguma atrašanās vieta un blīvums utt. Ūdens zīdītāja – delfīna – izskats ir labi zināms. Viņa kustības ir vieglas un precīzas. Neatkarīgs ātrums ūdenī sasniedz 40 kilometrus stundā. Ūdens blīvums ir 800 reizes lielāks par gaisa blīvumu. Torpēdas formas ķermeņa forma novērš ūdens plūsmu virpuļu veidošanos ap delfīnu.