Adaptacje morfologiczne - adaptacje zwierząt do czynników środowiskowych. Mechanizmy adaptacji roślin do niekorzystnych warunków środowiska Rodzaje adaptacji organizmów do środowiska

28.10.2019

Zwierzęta i rośliny są zmuszone do przystosowania się do wielu czynników, a adaptacje te rozwijają się przez pewien okres czasu, często w procesie ewolucji i selekcji naturalnej, utrwalonej na poziomie genetycznym.

Dostosowanie(od łac. adapto - adaptuję) - adaptacje budowy i funkcji organizmów do warunków środowiskowych w procesie ewolucji.

Analizując organizację dowolnego zwierzęcia i rośliny, zawsze można znaleźć uderzającą zgodność formy i funkcji organizmu z warunkami środowiskowymi. Tak więc wśród ssaków morskich delfiny posiadają najbardziej zaawansowane przystosowania do szybkiego poruszania się w środowisku wodnym: kształt torpedy, specjalną strukturę skóry i tkanki podskórnej, co zwiększa opływowość ciała, a co za tym idzie szybkość ślizgania się w wodzie.

Istnieją trzy główne formy manifestacji adaptacji: anatomiczno-morfologiczna, fizjologiczna i behawioralna.

Anatomiczne i morfologiczne adaptacje to pewne zewnętrzne i wewnętrzne cechy w strukturze niektórych organów roślin i zwierząt, które pozwalają im żyć w określonym środowisku z pewną kombinacją czynników środowiskowych. U zwierząt często kojarzą się ze stylem życia, charakterem żywienia. Przykłady:

Twarda skorupa żółwia dla ochrony przed drapieżnymi zwierzętami

Dzięcioł - dziób w kształcie dłuta, twardy ogon, charakterystyczny układ palców.

Fizjologiczny adaptacje polegają na zdolności organizmów do zmiany niektórych procesów fizjologicznych w krytycznych okresach ich życia

· Zapach kwiatu może służyć do przyciągania owadów, a tym samym sprzyjać zapylaniu rośliny.

· Głęboki stan spoczynku u wielu roślin rosnących w środkowych szerokościach geograficznych półkuli północnej, zapadanie w osłupienie lub hibernację u niektórych zwierząt z nadejściem okresu chłodu).

· Biologiczne środki przeciw zamarzaniu, które zwiększają lepkość pożywek wewnętrznych i zapobiegają tworzeniu się kryształków lodu, które niszczą komórki (do 10% u mrówek, do 30% u os).

W ciemności wrażliwość oka na światło wzrasta kilka tysięcy razy w ciągu godziny, co wiąże się zarówno z przywróceniem wzroku, pigmentacji, jak i zmianami w elementach nerwowych i komórkach nerwowych kory mózgowej.

· Przykładem adaptacji fizjologicznych są także cechy zestawu enzymatycznego w przewodzie pokarmowym zwierząt, determinowane zestawem i składem pokarmu. W ten sposób mieszkańcy pustyni są w stanie zaspokoić swoje zapotrzebowanie na wilgoć poprzez biochemiczne utlenianie tłuszczów.

Behawioralne Adaptacje (etologiczne) to formy adaptacyjnego zachowania zwierząt. Przykłady:

· Zapewnienie normalnej wymiany ciepła z otoczeniem: tworzenie schronień, dobowe i sezonowe migracje zwierząt w celu doboru optymalnych warunków temperaturowych.

Koliber Oreotrochis estella, mieszkający w wysokich Andach, buduje gniazda na skałach i po stronie wschodniej. W nocy kamienie oddają ciepło nagromadzone w ciągu dnia, zapewniając tym samym komfortową temperaturę do rana.

· Na obszarach o surowym klimacie, ale śnieżnych zimach, temperatura pod śniegiem może być wyższa o 15-18ºС niż na zewnątrz. Szacuje się, że kuropatwa biała nocując w zaśnieżonej dziurze oszczędza do 45% energii.

Wiele zwierząt korzysta z gniazdowania grupowego: szczupaki z rodzaju Certhia(ptaki) gromadzą się w chłodne dni w grupach do 20 osobników. Podobne zjawisko opisano u gryzoni.

· Zachowania adaptacyjne mogą pojawiać się u drapieżników w procesie śledzenia i pogoni za zdobyczą.

Większość adaptacji jest kombinacją powyższych typów. Na przykład, wysysanie krwi u komarów jest zapewnione przez złożoną kombinację takich adaptacji, jak rozwój wyspecjalizowanych części aparatu jamy ustnej przystosowanych do ssania, kształtowanie zachowań poszukiwawczych w celu znalezienia ofiary oraz wytwarzanie specjalnych wydzielin przez gruczoły ślinowe które zapobiegają zassaniu krwi przed krzepnięciem.

Jedną z podstawowych właściwości żywej przyrody jest cykliczność większości zachodzących w niej procesów, która zapewnia przystosowanie roślin i zwierząt podczas ich rozwoju z głównymi czynnikami okresowymi. Zastanówmy się nad takim zjawiskiem w przyrodzie, jak fotoperiodyzm.

Fotoperiodyzm - reakcja organizmów na sezonowe zmiany długości dnia. Otwarte przez V. Garnera i N. Allarda w 1920 roku podczas prac selekcyjnych z tytoniem.

Wiodący wpływ na przejawy dziennej i sezonowej aktywności organizmów ma światło. Jest to ważny czynnik, ponieważ to zmiana oświetlenia powoduje zmianę okresu odpoczynku i intensywnego życia, wiele zjawisk biologicznych u roślin i zwierząt (tj. Wpływa na biorytm organizmów).

Na przykład, 43% promieni słonecznych dociera do powierzchni Ziemi. Rośliny są w stanie uchwycić od 0,1 do 1,3%. Pochłaniają żółto-zielone widmo.

A sygnałem nadejścia zimy dla roślin i zwierząt jest skrócenie dnia. Rośliny przechodzą stopniową restrukturyzację fizjologiczną, gromadzenie zapasu substancji energetycznych przed zimowym spoczynkiem. Za pomocą reakcja fotoperiodyczna organizmy roślinne dzielą się na dwie grupy:

Organizmy krótkodniowe - kwitnienie i owocowanie następuje przy 8-12 godzinach światła (gryka, proso, konopie, słonecznik).

organizmy długiego dnia. W przypadku kwitnienia i owocowania w roślinach całodniowych konieczne jest wydłużenie dnia do 16-20 godzin (rośliny o umiarkowanych szerokościach geograficznych), dla których skrócenie dnia do 10-12 godzin jest sygnałem zbliżania się niekorzystnego okres jesienno-zimowy. Są to ziemniaki, pszenica, szpinak.

· Długość neutralna dla rośliny. Kwitnienie występuje o dowolnej długości dnia. Są to mniszek lekarski, musztarda i pomidor.

To samo można znaleźć u zwierząt. W ciągu dnia aktywność każdego organizmu przypada na określone godziny. Mechanizmy, które pozwalają organizmom na cykliczną zmianę swojego stanu, nazywane są „zegarami biologicznymi”.

Wykaz bibliograficzny dla sekcji

1. Galperin, MV Ekologia ogólna: [proc. dla śr. prof. edukacja] / M.V. Galperyna. - M. : Forum: Infra-M, 2006. - 336 s.

2. Korobkin, V.I. Ekologia [Tekst] / V.I. Korobkin, LV Peredelskiego. - Rostów nad Donem: Phoenix, 2005. - 575 pkt.

3. Mirkin, B.M. Podstawy ekologii ogólnej [Tekst]: podręcznik. zasiłek dla studentów studiów przyrodniczych. specjalności / B.M. Mirkin, LG Naumow; [red. G.S. Rosenberg]. - M. : Uniw. książka, 2005. - 239 s.

4. Stiepanowskich, A.S. Ekologia ogólna: [proc. dla uczelni na eko. specjalności] / A.S. Stiepanowski. - wyd. 2, dodaj. i przerobione. - M. : UNITI, 2005. - 687 s.

5. Furiajew, W.W. Ekologia ogólna i biologia: podręcznik. dodatek dla studentów specjalności 320800 pkt. formy edukacji / V.V. Furiajew, A.V. Furiajewa; Feder. agencja edukacyjna, Sib. stan technologia. un-t, Instytut Leśny im. V. N. Sukaczewa. - Krasnojarsk: SibGTU, 2006. - 100 pkt.

6. Golubev, A.V. Ekologia ogólna i ochrona środowiska: [proc. podręcznik dla wszystkich specjalności] / A.V. Golubev, N.G. Nikolaevskaya, TV Szarapa; [red. red.]; Stan. kształcić. uczelnia wyższa prof. Edukacja „Moskwa. stan. un-t las”. - M. : MGUL, 2005. - 162 s.

7. Korobkin, V.I. Ekologia w pytaniach i odpowiedziach [Tekst]: podręcznik. zasiłek dla studentów / V.I. Korobkin, LV Peredelskiego. - wyd. 2, poprawione. i dodatkowe - Rostów n / a: Phoenix, 2005. - 379 s. : schematy. - Bibliografia: s. 366-368. - 103,72 rubli

Pytania zabezpieczające do sekcji 3

1. Pojęcie siedliska, jego rodzaje.

2. Czym są czynniki środowiskowe, jak są klasyfikowane?

3. Pojęcie czynnika ograniczającego, przykłady.

4. Prawo optimum-pessimum (rysunek). Przykłady.

5. Prawo interakcji czynników środowiskowych. Przykłady.

6. Prawo tolerancji (Shelford). Przykłady.

7. Zasady ochrony środowiska: D. Allen, K. Bergman, K. Gloger.

8. Adaptacje organizmów żywych, ich sposoby i formy. Przykłady.

9. Fotoperiodyzm, rytmy biologiczne: pojęcie, przykłady.

SEKCJA 4: EKOLOGIA LUDNOŚCI

Wspaniałe wynalazki ludzkiego umysłu nigdy nie przestają zadziwiać, fantazja nie ma granic. Ale to, co natura tworzy od wieków, przewyższa najbardziej kreatywne pomysły i projekty. Natura stworzyła ponad półtora miliona gatunków żywych osobników, z których każdy jest indywidualny i niepowtarzalny w swoich formach, fizjologii, zdolności przystosowania się do życia. Przykłady organizmów dostosowujących się do ciągle zmieniających się warunków życia na planecie to przykłady mądrości stwórcy i nieustanne źródło problemów do rozwiązania przez biologów.

Adaptacja oznacza zdolność przystosowania się lub przyzwyczajenia. Jest to proces stopniowego odradzania się funkcji fizjologicznych, morfologicznych lub psychologicznych istoty w zmienionym środowisku. Zmianom ulegają zarówno pojedyncze osobniki, jak i całe populacje.

Żywym przykładem bezpośredniej i pośredniej adaptacji jest przetrwanie flory i fauny w strefie zwiększonego promieniowania wokół elektrowni jądrowej w Czarnobylu. Adaptacja bezpośrednia jest charakterystyczna dla tych osobników, którym udało się przeżyć, przyzwyczaić i zacząć się rozmnażać, niektóre nie wytrzymały próby i zmarły (adaptacja pośrednia).

Ponieważ warunki egzystencji na Ziemi ulegają ciągłym zmianom, procesy ewolucji i przystosowania w przyrodzie ożywionej również są procesem ciągłym.

Niedawnym przykładem adaptacji jest zmiana siedliska kolonii zielonych meksykańskich papug arating. Ostatnio zmienili swoje zwyczajowe siedlisko i osiedlili się w samym ujściu wulkanu Masaya, w środowisku stale nasyconym wysokim stężeniem gazu siarkowego. Naukowcy nie podali jeszcze wyjaśnienia tego zjawiska.

Rodzaje adaptacji

Zmiana całej formy istnienia organizmu jest adaptacją funkcjonalną. Przykładem adaptacji, gdy zmieniające się warunki prowadzą do wzajemnej adaptacji organizmów żywych do siebie, jest adaptacja korelacyjna lub koadaptacja.

Adaptacja może być bierna, gdy funkcje lub struktura podmiotu zachodzą bez jego udziału, lub aktywna, gdy świadomie zmienia on swoje nawyki dostosowując się do otoczenia (przykłady osób adaptujących się do warunków naturalnych lub społeczeństwa). Zdarzają się przypadki, gdy podmiot dostosowuje środowisko do swoich potrzeb – jest to adaptacja obiektywna.

Biolodzy dzielą rodzaje adaptacji według trzech kryteriów:

Morfologiczny.
Fizjologiczny.
behawioralne lub psychologiczne.

Przykłady adaptacji zwierząt lub roślin w czystej postaci są rzadkie, większość przypadków adaptacji do nowych warunków występuje w formach mieszanych.

Adaptacje morfologiczne: przykłady

Zmiany morfologiczne to zmiany kształtu ciała, poszczególnych narządów lub całej struktury żywego organizmu, które zaszły w procesie ewolucji.

Oto adaptacje morfologiczne, przykłady ze świata zwierząt i roślin, które przyjmujemy za pewnik:

Przekształcenie liści w kolce u kaktusów i innych roślin z suchych regionów.
Skorupa żółwia.
Opływowe kształty ciała mieszkańców akwenów.

Adaptacje fizjologiczne: przykłady

Adaptacja fizjologiczna to zmiana szeregu procesów chemicznych zachodzących w organizmie.

Uwalnianie przez kwiaty silnego zapachu w celu zwabienia owadów przyczynia się do pylenia.
Stan anabiozy, w który są w stanie wejść najprostsze organizmy, pozwala im zachować życiową aktywność po wielu latach. Najstarsza bakteria zdolna do reprodukcji ma 250 lat.
Nagromadzenie tłuszczu podskórnego, który jest przekształcany w wodę u wielbłądów.

Adaptacje behawioralne (psychologiczne)

Przykłady adaptacji człowieka są bardziej związane z czynnikiem psychologicznym. Cechy behawioralne są charakterystyczne dla flory i fauny. Tak więc w procesie ewolucji zmiana reżimu temperaturowego powoduje hibernację niektórych zwierząt, ptaki lecą na południe, aby wrócić na wiosnę, drzewa zrzucają liście i spowalniają przepływ soków. Instynkt wyboru najodpowiedniejszego partnera do prokreacji kieruje zachowaniem zwierząt w okresie godowym. Niektóre żaby i żółwie północne całkowicie zamarzają na zimę i odwilży, odradzając się wraz z nadejściem upałów.

Czynniki powodujące potrzebę zmian

Wszelkie procesy adaptacyjne są odpowiedzią na czynniki środowiskowe, które prowadzą do zmiany środowiska. Czynniki te dzielą się na biotyczne, abiotyczne i antropogeniczne.

Czynniki biotyczne to wzajemne oddziaływanie organizmów żywych, gdy np. znika jeden gatunek, który służy jako pokarm dla innego.

Czynniki abiotyczne to zmiany w otaczającej przyrodzie nieożywionej, gdy zmienia się klimat, skład gleby, dostępność wody i cykle aktywności słonecznej. Adaptacje fizjologiczne, przykłady wpływu czynników abiotycznych - ryby równikowe, które potrafią oddychać zarówno w wodzie jak i na lądzie. Są dobrze przystosowane do warunków, w których wysychanie rzek jest częstym zjawiskiem.

Czynniki antropogeniczne – wpływ działalności człowieka zmieniającej środowisko.

Adaptacje siedlisk

oświetlenie. W roślinach są to odrębne grupy, które różnią się zapotrzebowaniem na światło słoneczne. Kochające światło heliofity dobrze żyją na otwartych przestrzeniach. W przeciwieństwie do nich są scjofitami: rośliny leśnych zarośli dobrze czują się w zacienionych miejscach. Wśród zwierząt znajdują się również osobniki, których projekt jest przeznaczony do aktywnego trybu życia w nocy lub pod ziemią.
Temperatura powietrza.Średnio dla wszystkich żywych istot, w tym ludzi, za optymalne środowisko temperaturowe uważa się zakres od 0 do 50 ° C. Jednak życie istnieje w prawie wszystkich regionach klimatycznych Ziemi.

Poniżej opisano przeciwstawne przykłady adaptacji do nieprawidłowych temperatur.

Ryby arktyczne nie zamarzają dzięki produkcji we krwi unikalnego białka przeciw zamarzaniu, które zapobiega zamarzaniu krwi.

Najprostsze mikroorganizmy występują w źródłach hydrotermalnych, których temperatura wody przekracza temperaturę wrzenia.

Rośliny hydrofitowe, czyli żyjące w wodzie lub w jej pobliżu, giną nawet przy niewielkiej utracie wilgoci. Kserofity, przeciwnie, są przystosowane do życia w suchych regionach i umierają w wysokiej wilgotności. Wśród zwierząt natura pracowała również nad przystosowaniem się do środowisk wodnych i niewodnych.

Adaptacja człowieka

Zdolność człowieka do adaptacji jest naprawdę ogromna. Sekrety ludzkiego myślenia nie są jeszcze w pełni ujawnione, a tajemnice zdolności adaptacyjnych ludzi pozostaną tajemniczym tematem dla naukowców jeszcze przez długi czas. Wyższość Homo sapiens nad innymi żywymi istotami polega na zdolności do świadomej zmiany swojego zachowania, aby sprostać wymaganiom otoczenia lub odwrotnie, otaczającego go świata, aby odpowiadał ich potrzebom.

Elastyczność ludzkich zachowań przejawia się codziennie. Jeśli podasz zadanie: „podaj przykłady adaptacji ludzi”, większość zaczyna przypominać wyjątkowe przypadki przetrwania w tych rzadkich przypadkach, aw nowych okolicznościach jest to typowe dla człowieka na co dzień. Przymierzamy się w nowym środowisku w momencie narodzin, w przedszkolu, szkole, w zespole, przy przeprowadzce do innego kraju. To właśnie ten stan przyjmowania nowych doznań przez ciało nazywany jest stresem. Stres jest czynnikiem psychologicznym, niemniej jednak pod jego wpływem zmienia się wiele funkcji fizjologicznych. W przypadku, gdy człowiek akceptuje nowe środowisko jako pozytywne dla siebie, nowy stan staje się nawykowy, w przeciwnym razie stres grozi przedłużaniem się i prowadzi do szeregu poważnych chorób.

Mechanizmy adaptacji człowieka

Istnieją trzy rodzaje adaptacji człowieka:

Fizjologiczny. Najprostszymi przykładami są aklimatyzacja i adaptacja do zmieniających się stref czasowych czy codziennego reżimu pracy. W procesie ewolucji powstały różne typy ludzi, w zależności od terytorialnego miejsca zamieszkania. Typy arktyczne, alpejskie, kontynentalne, pustynne, równikowe różnią się znacznie parametrami fizjologicznymi.
Adaptacja psychologiczna. To zdolność człowieka do znajdowania chwil porozumienia z ludźmi o różnych psychotypach, w kraju o różnym poziomie mentalności. Rozsądny człowiek ma tendencję do zmiany utrwalonych stereotypów pod wpływem nowych informacji, szczególnych przypadków, stresu.
Adaptacja społeczna. Rodzaj uzależnienia, który jest unikalny dla ludzi.

Wszystkie typy adaptacyjne są ze sobą ściśle powiązane, z reguły każda zmiana w zwyczajowej egzystencji powoduje potrzebę adaptacji społecznej i psychologicznej u osoby. Pod ich wpływem zaczynają działać mechanizmy zmian fizjologicznych, które również dostosowują się do nowych warunków.

Taka mobilizacja wszystkich reakcji organizmu nazywana jest zespołem adaptacyjnym. Nowe reakcje organizmu pojawiają się w odpowiedzi na nagłe zmiany w środowisku. Na pierwszym etapie - lęk - następuje zmiana funkcji fizjologicznych, zmiany w pracy metabolizmu i układów. Co więcej, funkcje ochronne i narządy (w tym mózg) są połączone, zaczynają włączać swoje funkcje ochronne i ukryte zdolności. Trzeci etap adaptacji zależy od indywidualnych cech: osoba albo wchodzi do nowego życia i wchodzi w zwykły kurs (w medycynie wyzdrowienie następuje w tym okresie), albo organizm nie akceptuje stresu, a konsekwencje przybierają już negatywną formę .

Zjawiska ludzkiego ciała

Przyroda ma w człowieku ogromny margines bezpieczeństwa, który w życiu codziennym tylko w niewielkim stopniu jest wykorzystywany. Przejawia się w sytuacjach ekstremalnych i odbierana jest jako cud. W rzeczywistości cud tkwi w nas samych. Przykład adaptacji: zdolność ludzi do przystosowania się do normalnego życia po usunięciu znacznej części narządów wewnętrznych.

Naturalna odporność wrodzona przez całe życie może być wzmocniona przez wiele czynników lub odwrotnie, osłabiona przez niewłaściwy tryb życia. Niestety uzależnienie od złych nawyków to także różnica między człowiekiem a innymi żywymi organizmami.

Reakcje na niekorzystne czynniki środowiskowe tylko w określonych warunkach są szkodliwe dla organizmów żywych iw większości przypadków mają wartość adaptacyjną. Dlatego te odpowiedzi Selye nazwał „ogólnym zespołem adaptacyjnym”. W późniejszych pracach używał terminów „stres” i „ogólny zespół adaptacyjny” jako synonimy.

Dostosowanie- jest to genetycznie zdeterminowany proces tworzenia systemów ochronnych zapewniających wzrost stabilności i przepływ ontogenezy w niesprzyjających jej warunkach.

Adaptacja jest jednym z najważniejszych mechanizmów zwiększających stabilność systemu biologicznego, w tym organizmu roślinnego, w zmienionych warunkach bytowania. Im lepiej organizm jest przystosowany do jakiegoś czynnika, tym bardziej jest odporny na jego wahania.

Określona genotypowo zdolność organizmu do zmiany metabolizmu w określonych granicach, w zależności od działania środowiska zewnętrznego, nazywana jest szybkość reakcji. Jest kontrolowany przez genotyp i jest charakterystyczny dla wszystkich żywych organizmów. Większość modyfikacji zachodzących w granicach normy reakcji ma znaczenie adaptacyjne. Odpowiadają one zmianom w siedlisku i zapewniają lepsze przetrwanie roślin w zmiennych warunkach środowiskowych. W związku z tym takie modyfikacje mają znaczenie ewolucyjne. Termin „szybkość reakcji” został wprowadzony przez V.L. Johansena (1909).

Im większa zdolność gatunku lub odmiany do modyfikacji zgodnie ze środowiskiem, tym większa szybkość reakcji i wyższa zdolność adaptacji. Ta właściwość wyróżnia odporne odmiany upraw rolniczych. Z reguły niewielkie i krótkotrwałe zmiany czynników środowiskowych nie prowadzą do znaczących naruszeń funkcji fizjologicznych roślin. Wynika to z ich zdolności do utrzymania względnej równowagi dynamicznej środowiska wewnętrznego oraz stabilności podstawowych funkcji fizjologicznych w zmieniającym się środowisku zewnętrznym. Jednocześnie ostre i długotrwałe uderzenia prowadzą do zakłócenia wielu funkcji rośliny, a często do jej śmierci.

Adaptacja obejmuje wszystkie procesy i adaptacje (anatomiczne, morfologiczne, fizjologiczne, behawioralne itp.), które zwiększają stabilność i przyczyniają się do przetrwania gatunku.

1.Adaptacje anatomiczne i morfologiczne. U niektórych przedstawicieli kserofitów długość systemu korzeniowego sięga kilkudziesięciu metrów, co pozwala roślinie korzystać z wód gruntowych i nie odczuwać braku wilgoci w warunkach glebowych i suszy atmosferycznej. U innych kserofitów obecność grubego naskórka, pokwitanie liści i przekształcenie liści w kolce ograniczają utratę wody, co jest bardzo ważne w warunkach braku wilgoci.

Płonące włosy i kolce chronią rośliny przed zjedzeniem przez zwierzęta.

Drzewa w tundrze lub na wysokich górach wyglądają jak przysadziste, płożące się krzewy, zimą pokryte są śniegiem, który chroni je przed silnymi mrozami.

W regionach górskich o dużych dobowych wahaniach temperatury rośliny często mają postać spłaszczonych poduszek z gęsto rozmieszczonymi licznymi łodygami. Pozwala to na utrzymanie wilgoci wewnątrz poduszek i względnie jednolitej temperatury przez cały dzień.

W roślinach bagiennych i wodnych tworzy się specjalny miąższ powietrznonośny (aerenchyma), który jest rezerwuarem powietrza i ułatwia oddychanie zanurzonym w wodzie częściom roślin.

2. Adaptacje fizjologiczne i biochemiczne. W przypadku sukulentów adaptacją do uprawy w warunkach pustynnych i półpustynnych jest asymilacja CO 2 podczas fotosyntezy na szlaku CAM. Te rośliny mają zamknięte aparaty szparkowe w ciągu dnia. W ten sposób roślina chroni wewnętrzne rezerwy wody przed parowaniem. Na pustyniach głównym czynnikiem ograniczającym wzrost roślin jest woda. Szparki otwierają się w nocy i w tym czasie CO 2 dostaje się do tkanek fotosyntetyzujących. Późniejsze zaangażowanie CO2 w cykl fotosyntezy następuje w ciągu dnia już przy zamkniętych aparatach szparkowych.

Adaptacje fizjologiczne i biochemiczne obejmują zdolność aparatów szparkowych do otwierania i zamykania w zależności od warunków zewnętrznych. Synteza w komórkach kwasu abscysynowego, proliny, białek ochronnych, fitoaleksyn, fitoncydów, wzrost aktywności enzymów przeciwdziałających rozpadowi oksydacyjnemu substancji organicznych, akumulacja cukrów w komórkach oraz szereg innych zmian w metabolizmie przyczynia się do wzrost odporności roślin na niekorzystne warunki środowiskowe.

Ta sama reakcja biochemiczna może być przeprowadzona przez kilka form molekularnych tego samego enzymu (izoenzymów), przy czym każda izoforma wykazuje aktywność katalityczną w stosunkowo wąskim zakresie jakiegoś parametru środowiskowego, takiego jak temperatura. Obecność szeregu izoenzymów pozwala roślinie na przeprowadzenie reakcji w znacznie szerszym zakresie temperatur w porównaniu z każdym pojedynczym izoenzymem. Dzięki temu roślina może z powodzeniem wykonywać funkcje życiowe w zmieniających się warunkach temperaturowych.

3. Adaptacje behawioralne, czyli unikanie niekorzystnego czynnika. Przykładem są efemerydy i efemerydy (mak, gwiaździsty, krokusy, tulipany, przebiśniegi). Cały cykl rozwoju przechodzą wiosną przez 1,5-2 miesiące, jeszcze przed nadejściem upałów i suszy. W ten sposób odchodzą lub unikają wpadania pod wpływ stresora. W podobny sposób wcześnie dojrzewające odmiany roślin uprawnych tworzą plon przed wystąpieniem niekorzystnych zjawisk sezonowych: sierpniowych mgły, deszczy, przymrozków. Dlatego selekcja wielu roślin uprawnych ma na celu stworzenie odmian wcześnie dojrzałych. Rośliny wieloletnie zimują jako kłącza i cebulki w glebie pod śniegiem, co chroni je przed zamarzaniem.

Adaptacja roślin do niekorzystnych czynników odbywa się jednocześnie na wielu poziomach regulacji – od pojedynczej komórki do fitocenozy. Im wyższy poziom organizacji (komórka, organizm, populacja), tym większa liczba mechanizmów jednocześnie zaangażowanych w adaptację roślin do stresu.

Regulacja procesów metabolicznych i adaptacyjnych wewnątrz komórki odbywa się za pomocą systemów: metabolicznego (enzymatycznego); genetyczny; membrana. Systemy te są ze sobą ściśle powiązane. Tak więc właściwości błon zależą od aktywności genów, a zróżnicowana aktywność samych genów jest pod kontrolą błon. Synteza enzymów i ich aktywność kontrolowana jest na poziomie genetycznym, jednocześnie enzymy regulują metabolizm kwasów nukleinowych w komórce.

Na poziom organizmu do komórkowych mechanizmów adaptacji dodawane są nowe, odzwierciedlające interakcję narządów. W niesprzyjających warunkach rośliny tworzą i zachowują taką liczbę elementów owocowych, które są dostarczane w wystarczających ilościach z niezbędnymi substancjami do wytworzenia pełnoprawnych nasion. Na przykład w kwiatostanach uprawnych zbóż i koronach drzew owocowych w niesprzyjających warunkach może odpaść ponad połowa złożonych jajników. Takie zmiany opierają się na konkurencyjnych relacjach między organami o fizjologicznie aktywne i składniki odżywcze.

W warunkach stresowych procesy starzenia i opadania dolnych liści ulegają gwałtownemu przyspieszeniu. Jednocześnie substancje niezbędne dla roślin przenoszą się z nich do młodych organów, odpowiadając na strategię przetrwania organizmu. Dzięki recyklingowi składników odżywczych z dolnych liści młodsze, górne liście, pozostają żywotne.

Istnieją mechanizmy regeneracji utraconych narządów. Na przykład powierzchnia rany pokryta jest wtórną tkanką powłokową (perydermą rany), rana na pniu lub gałęzi goi się napływami (modzele). Wraz z utratą pędu wierzchołkowego w roślinach budzą się uśpione pąki i intensywnie rozwijają się pędy boczne. Wiosenne odtworzenie liści zamiast opadłych jesienią jest również przykładem naturalnej regeneracji narządów. Regeneracja jako urządzenie biologiczne, które zapewnia wegetatywne rozmnażanie roślin przez segmenty korzeni, kłącza, plechy, sadzonki łodyg i liści, izolowane komórki, pojedyncze protoplasty, ma ogromne znaczenie praktyczne w uprawie roślin, sadownictwie, leśnictwie, ogrodnictwie ozdobnym itp.

Układ hormonalny bierze również udział w procesach ochrony i adaptacji na poziomie roślin. Na przykład pod wpływem niesprzyjających warunków w roślinie gwałtownie wzrasta zawartość inhibitorów wzrostu: etylenu i kwasu abscysynowego. Ograniczają przemianę materii, hamują procesy wzrostu, przyspieszają starzenie się, upadek narządów i przejście rośliny w stan uśpienia. Charakterystyczną reakcją roślin jest zahamowanie czynności funkcjonalnej pod wpływem stresu pod wpływem inhibitorów wzrostu. Jednocześnie w tkankach zmniejsza się zawartość stymulatorów wzrostu: cytokininy, auksyny i giberelin.

Na poziom populacji dodaje się selekcję, co prowadzi do pojawienia się bardziej przystosowanych organizmów. O możliwości selekcji decyduje występowanie wewnątrzpopulacyjnej zmienności odporności roślin na różne czynniki środowiskowe. Przykładem wewnątrzpopulacyjnej zmienności odporności może być nieprzyjazne pojawianie się siewek na zasolonej glebie oraz zwiększenie zmienności czasu kiełkowania wraz ze wzrostem działania stresora.

Gatunek we współczesnym ujęciu składa się z dużej liczby biotypów - mniejszych jednostek ekologicznych, identycznych genetycznie, ale wykazujących różną odporność na czynniki środowiskowe. W różnych warunkach nie wszystkie biotypy są jednakowo ważne, aw wyniku konkurencji pozostają tylko te, które najlepiej spełniają dane warunki. Oznacza to, że odporność populacji (odmiany) na określony czynnik zależy od odporności organizmów tworzących populację. Odmiany odporne mają w swoim składzie zestaw biotypów, które zapewniają dobrą wydajność nawet w niesprzyjających warunkach.

Jednocześnie w procesie wieloletniej uprawy skład i proporcja biotypów w populacji zmienia się w odmianach, co wpływa na produktywność i jakość odmiany, często nie na lepsze.

Tak więc adaptacja obejmuje wszystkie procesy i adaptacje, które zwiększają odporność roślin na niekorzystne warunki środowiskowe (anatomiczne, morfologiczne, fizjologiczne, biochemiczne, behawioralne, populacyjne itp.)

Ale aby wybrać najskuteczniejszy sposób adaptacji, najważniejszy jest czas, w którym organizm musi przystosować się do nowych warunków.

Przy nagłym działaniu czynnika ekstremalnego reakcja nie może być opóźniona, musi nastąpić natychmiast, aby wykluczyć nieodwracalne uszkodzenie rośliny. Przy długotrwałych skutkach małej siły, adaptacyjne przegrupowania następują stopniowo, podczas gdy wybór możliwych strategii rośnie.

W związku z tym istnieją trzy główne strategie adaptacyjne: ewolucyjny, ontogenetyczny oraz pilne. Zadaniem strategii jest efektywne wykorzystanie dostępnych zasobów do osiągnięcia głównego celu – przetrwania organizmu w stresie. Strategia adaptacyjna ma na celu utrzymanie integralności strukturalnej ważnych makrocząsteczek i czynności funkcjonalnej struktur komórkowych, utrzymanie systemów regulacji aktywności życiowej oraz dostarczanie roślinom energii.

Adaptacje ewolucyjne lub filogenetyczne(filogeneza - rozwój gatunku biologicznego w czasie) - są to adaptacje, które powstają w procesie ewolucyjnym na podstawie mutacji genetycznych, selekcji i są dziedziczone. Są najbardziej niezawodne w przetrwaniu roślin.

Każdy gatunek roślin w procesie ewolucji rozwinął pewne potrzeby dotyczące warunków istnienia i przystosowania do zajmowanej niszy ekologicznej, stabilnej adaptacji organizmu do środowiska. Tolerancja na wilgoć i cień, ciepło, zimno i inne cechy ekologiczne poszczególnych gatunków roślin ukształtowały się w wyniku długotrwałego działania odpowiednich warunków. Tak więc rośliny ciepłolubne i krótkodniowe są charakterystyczne dla południowych szerokości geograficznych, mniej wymagające ciepła i rośliny o długim dniu są charakterystyczne dla północnych szerokości geograficznych. Dobrze znane są liczne ewolucyjne adaptacje kserofitów do suszy: ekonomiczne wykorzystanie wody, głęboki system korzeniowy, zrzucanie liści i przejście w stan uśpienia oraz inne adaptacje.

Pod tym względem odmiany roślin rolniczych wykazują odporność właśnie na te czynniki środowiskowe, przeciwko którym prowadzona jest hodowla i selekcja form produkcyjnych. Jeśli selekcja odbywa się w kilku kolejnych pokoleniach na tle stałego wpływu jakiegoś niekorzystnego czynnika, wówczas odporność odmiany na nią może zostać znacznie zwiększona. Naturalne jest, że odmiany wyhodowane przez Instytut Badawczy Rolnictwa Południowego Wschodu (Saratow) są bardziej odporne na suszę niż odmiany wyhodowane w ośrodkach hodowlanych regionu moskiewskiego. W ten sam sposób w strefach ekologicznych o niesprzyjających warunkach glebowo-klimatycznych wykształciły się odporne lokalne odmiany roślin, a gatunki endemiczne są odporne na stresor wyrażający się w ich siedlisku.

Charakterystyka odporności odmian pszenicy jarej z kolekcji Wszechrosyjskiego Instytutu Przemysłu Roślinnego (Semenov i in., 2005)

Różnorodność	Pochodzenie	Zrównoważony rozwój
Enita	region Moskwy	Średnio odporny na suszę
Saratowska 29	obwód saratowski	odporny na suszę
Kometa	Region Swierdłowska.	odporny na suszę
Karazin	Brazylia	kwasoodporny
Preludium	Brazylia	kwasoodporny
Kolonias	Brazylia	kwasoodporny
Thrintani	Brazylia	kwasoodporny
PPG-56	Kazachstan	tolerancja na sól
Osz	Kirgistan	tolerancja na sól
Surkhak 5688	Tadżykistan	tolerancja na sól
Messel	Norwegia	Tolerancja na sól

W środowisku naturalnym warunki środowiskowe zwykle zmieniają się bardzo szybko, a czas, w którym czynnik stresowy osiąga szkodliwy poziom, nie wystarcza do powstania adaptacji ewolucyjnych. W takich przypadkach rośliny wykorzystują nie trwałe, ale wywołane stresorami mechanizmy obronne, których powstanie jest zdeterminowane (zdeterminowane) genetycznie.

Adaptacje ontogenetyczne (fenotypowe) nie są związane z mutacjami genetycznymi i nie są dziedziczone. Powstawanie takich adaptacji wymaga stosunkowo długiego czasu, dlatego nazywane są adaptacjami długotrwałymi. Jednym z takich mechanizmów jest zdolność wielu roślin do tworzenia wodooszczędnej ścieżki fotosyntezy typu CAM w warunkach deficytu wody spowodowanego suszą, zasoleniem, niskimi temperaturami i innymi stresorami.

Adaptacja ta jest związana z indukcją ekspresji genu karboksylazy fosfoenolopirogronianowej, który w normalnych warunkach jest nieaktywny, oraz genów innych enzymów szlaku wychwytywania CO2 CAM, z biosyntezą osmolitów (proliny), z aktywacją przeciwutleniacza systemy i zmiany w dziennym rytmie ruchów szparkowych. Wszystko to prowadzi do bardzo ekonomicznego zużycia wody.

W uprawach polowych, na przykład w kukurydzy, aerenchyma nie występuje w normalnych warunkach wzrostu. Jednak w warunkach powodzi i braku tlenu w tkankach w korzeniach, niektóre komórki pierwotnej kory korzenia i łodygi obumierają (apoptoza lub zaprogramowana śmierć komórki). Na ich miejscu powstają wnęki, przez które tlen jest transportowany z nadziemnych części rośliny do systemu korzeniowego. Sygnałem do śmierci komórki jest synteza etylenu.

Pilna adaptacja występuje z szybkimi i intensywnymi zmianami warunków życia. Opiera się na tworzeniu i funkcjonowaniu systemów ochrony przed wstrząsami. Do systemów obrony przed wstrząsami zalicza się na przykład białkowy system szoku cieplnego, który powstaje w odpowiedzi na gwałtowny wzrost temperatury. Mechanizmy te zapewniają krótkotrwałe warunki przeżycia pod wpływem czynnika uszkadzającego, a tym samym stwarzają warunki do powstania bardziej niezawodnych, długoterminowych wyspecjalizowanych mechanizmów adaptacyjnych. Przykładem wyspecjalizowanych mechanizmów adaptacyjnych jest tworzenie się białek przeciw zamarzaniu w niskich temperaturach lub synteza cukrów podczas przezimowania upraw ozimych. Jednocześnie, jeśli szkodliwy wpływ czynnika przekracza ochronne i naprawcze możliwości organizmu, nieuchronnie następuje śmierć. W tym przypadku organizm umiera na etapie pilnej lub na etapie adaptacji specjalistycznej, w zależności od intensywności i czasu trwania działania czynnika ekstremalnego.

Wyróżnić konkretny oraz niespecyficzne (ogólne) reakcje roślin na stresory.

Reakcje niespecyficzne nie zależą od charakteru działającego czynnika. Są takie same pod wpływem wysokich i niskich temperatur, braku lub nadmiaru wilgoci, wysokiego stężenia soli w glebie czy szkodliwych gazów w powietrzu. We wszystkich przypadkach zwiększa się przepuszczalność błon w komórkach roślinnych, zaburza się oddychanie, nasila się hydrolityczny rozkład substancji, wzrasta synteza etylenu i kwasu abscysynowego, zahamowany jest podział i wydłużanie komórek.

W tabeli przedstawiono zespół niespecyficznych zmian zachodzących w roślinach pod wpływem różnych czynników środowiskowych.

Zmiany parametrów fizjologicznych roślin pod wpływem warunków stresowych (wg G.V., Udovenko, 1995)

Opcje	Charakter zmiany parametrów w warunkach
Opcje	susze	zasolenie	wysoka temperatura	niska temperatura
Stężenie jonów w tkankach	rozwój	rozwój	rozwój	rozwój
Aktywność wody w komórce	Spadanie w dół	Spadanie w dół	Spadanie w dół	Spadanie w dół
Potencjał osmotyczny komórki	rozwój	rozwój	rozwój	rozwój
Pojemność wodna	rozwój	rozwój	rozwój	—
Niedobór wody	rozwój	rozwój	rozwój	—
Przepuszczalność protoplazmy	rozwój	rozwój	rozwój	—
Szybkość transpiracji	Spadanie w dół	Spadanie w dół	rozwój	Spadanie w dół
Wydajność transpiracji	Spadanie w dół	Spadanie w dół	Spadanie w dół	Spadanie w dół
Efektywność energetyczna oddychania	Spadanie w dół	Spadanie w dół	Spadanie w dół	—
Intensywność oddychania	rozwój	rozwój	rozwój	—
Fotofosforylacja	Zmniejsza	Zmniejsza	—	Zmniejsza
Stabilizacja jądrowego DNA	rozwój	rozwój	rozwój	rozwój
Funkcjonalna aktywność DNA	Zmniejsza	Zmniejsza	Zmniejsza	Zmniejsza
Stężenie proliny	rozwój	rozwój	rozwój	—
Zawartość białek rozpuszczalnych w wodzie	rozwój	rozwój	rozwój	rozwój
Reakcje syntetyczne	Zduszony	Zduszony	Zduszony	Zduszony
Pobieranie jonów przez korzenie	Zduszony	Zduszony	Zduszony	Zduszony
Transport substancji	Przygnębiony	Przygnębiony	Przygnębiony	Przygnębiony
Koncentracja pigmentu	Spadanie w dół	Spadanie w dół	Spadanie w dół	Spadanie w dół
podział komórek	zwalnia	zwalnia	—	—
Rozciąganie komórek	Zduszony	Zduszony	—	—
Liczba elementów owocowych	Zredukowany	Zredukowany	Zredukowany	Zredukowany
Starzenie się narządów	Przyśpieszony	Przyśpieszony	Przyśpieszony	—
żniwa biologiczne	Obniżony	Obniżony	Obniżony	Obniżony

Na podstawie danych zawartych w tabeli można zauważyć, że odporności roślin na kilka czynników towarzyszą jednokierunkowe zmiany fizjologiczne. Daje to powody sądzić, że wzrostowi odporności roślin na jeden czynnik może towarzyszyć wzrost odporności na inny. Zostało to potwierdzone eksperymentami.

Eksperymenty w Instytucie Fizjologii Roślin Rosyjskiej Akademii Nauk (Vl. V. Kuznetsov i inni) wykazały, że krótkotrwałej obróbce cieplnej roślin bawełny towarzyszy wzrost ich odporności na późniejsze zasolenie. A przystosowanie roślin do zasolenia prowadzi do wzrostu ich odporności na wysokie temperatury. Szok cieplny zwiększa zdolność roślin do przystosowania się do kolejnej suszy i odwrotnie, w procesie suszy wzrasta odporność organizmu na wysoką temperaturę. Krótkotrwała ekspozycja na wysokie temperatury zwiększa odporność na metale ciężkie i promieniowanie UV-B. Poprzednia susza sprzyja przetrwaniu roślin w warunkach zasolenia lub chłodu.

Proces zwiększania odporności organizmu na dany czynnik środowiskowy w wyniku adaptacji do czynnika o innym charakterze nazywa się krzyżowa adaptacja.

W badaniu ogólnych (niespecyficznych) mechanizmów odporności bardzo interesująca jest reakcja roślin na czynniki powodujące niedobór wody w roślinach: zasolenie, suszę, niskie i wysokie temperatury oraz kilka innych. Na poziomie całego organizmu wszystkie rośliny w ten sam sposób reagują na niedobór wody. Charakteryzuje się zahamowaniem wzrostu pędów, zwiększonym wzrostem systemu korzeniowego, syntezą kwasu abscysynowego oraz spadkiem przewodnictwa szparkowego. Po pewnym czasie dolne liście szybko się starzeją i obserwuje się ich obumieranie. Wszystkie te reakcje mają na celu zmniejszenie zużycia wody poprzez zmniejszenie powierzchni parowania, a także zwiększenie aktywności absorpcyjnej korzenia.

Reakcje specyficzne są reakcjami na działanie jednego czynnika stresowego. Tak więc fitoaleksyny (substancje o właściwościach antybiotycznych) są syntetyzowane w roślinach w odpowiedzi na kontakt z patogenami (patogenami).

Specyfika lub niespecyficzność odpowiedzi implikuje z jednej strony stosunek rośliny do różnych stresorów, az drugiej charakterystyczne reakcje roślin różnych gatunków i odmian na ten sam stresor.

Przejawy specyficznych i niespecyficznych reakcji roślin zależą od siły stresu i tempa jego rozwoju. Specyficzne reakcje pojawiają się częściej, jeśli stres rozwija się powoli, a organizm ma czas na odbudowę i przystosowanie się do niego. Reakcje niespecyficzne występują zwykle przy krótszym i silniejszym działaniu stresora. Funkcjonowanie nieswoistych (ogólnych) mechanizmów odpornościowych pozwala roślinie uniknąć dużych nakładów energetycznych na tworzenie wyspecjalizowanych (specyficznych) mechanizmów adaptacyjnych w odpowiedzi na wszelkie odchylenia od normy w ich warunkach życia.

Odporność roślin na stres zależy od fazy ontogenezy. Najbardziej stabilne rośliny i organy roślinne w stanie uśpienia: w postaci nasion, cebulek; zdrewniałe byliny – po opadnięciu liści w stanie głębokiego spoczynku. Rośliny są najbardziej wrażliwe w młodym wieku, ponieważ w warunkach stresowych w pierwszej kolejności uszkadzane są procesy wzrostu. Drugi okres krytyczny to okres tworzenia gamet i zapłodnienia. Efekt stresu w tym okresie prowadzi do zmniejszenia funkcji rozrodczej roślin i spadku plonu.

Jeśli warunki stresowe powtarzają się i mają niską intensywność, przyczyniają się do twardnienia roślin. Na tej podstawie powstają metody zwiększania odporności na niskie temperatury, ciepło, zasolenie oraz zwiększoną zawartość szkodliwych gazów w powietrzu.

Niezawodność organizmu roślinnego zależy od jego zdolności do zapobiegania lub eliminowania awarii na różnych poziomach organizacji biologicznej: molekularnym, subkomórkowym, komórkowym, tkankowym, narządowym, organizmowym i populacyjnym.

Aby zapobiec zakłóceniom w życiu roślin pod wpływem niekorzystnych czynników, zasady nadmierność, niejednorodność składników funkcjonalnie równoważnych, systemy do naprawy utraconych konstrukcji,.

Redundancja struktur i funkcjonalności to jeden z głównych sposobów zapewnienia niezawodności systemów. Nadmiarowość i nadmiarowość ma wiele przejawów. Na poziomie subkomórkowym rezerwacja i powielanie materiału genetycznego przyczynia się do wzrostu niezawodności organizmu roślinnego. Zapewnia to na przykład podwójna helisa DNA poprzez zwiększenie ploidii. Niezawodność funkcjonowania organizmu roślinnego w zmieniających się warunkach jest również wspierana przez obecność różnych cząsteczek informacyjnego RNA oraz powstawanie heterogenicznych polipeptydów. Należą do nich izoenzymy, które katalizują tę samą reakcję, ale różnią się właściwościami fizykochemicznymi i stabilnością struktury molekularnej w zmieniających się warunkach środowiskowych.

Na poziomie komórkowym przykładem nadmiarowości jest nadmiar organelli komórkowych. W ten sposób ustalono, że część dostępnych chloroplastów wystarcza do dostarczenia roślinie produktów fotosyntezy. Pozostałe chloroplasty niejako pozostają w rezerwie. To samo dotyczy całkowitej zawartości chlorofilu. Redundancja objawia się również dużym nagromadzeniem prekursorów biosyntezy wielu związków.

Na poziomie organizmu zasada redundancji wyraża się w tworzeniu i układaniu w różnym czasie większej ilości pędów, kwiatów, kłosków niż jest to wymagane do zmiany pokoleń, w ogromnej ilości pyłku, zalążków, nasion.

Na poziomie populacji zasada redundancji przejawia się w dużej liczbie osobników różniących się odpornością na określony czynnik stresowy.

Systemy naprawcze działają również na różnych poziomach - molekularnym, komórkowym, organizmalnym, populacyjnym i biocenotycznym. Procesy naprawcze przebiegają wraz z wydatkowaniem energii i substancji plastycznych, dlatego naprawa jest możliwa tylko wtedy, gdy utrzymane jest wystarczające tempo przemiany materii. Jeśli przemiana materii ustaje, ustaje również regeneracja. W ekstremalnych warunkach środowiska zewnętrznego zachowanie oddychania jest szczególnie ważne, ponieważ oddychanie dostarcza energii do procesów naprawczych.

Zdolność redukcyjna komórek przystosowanych organizmów jest determinowana przez odporność ich białek na denaturację, a mianowicie stabilność wiązań, które determinują drugorzędową, trzeciorzędową i czwartorzędową strukturę białka. Na przykład odporność dojrzałych nasion na wysokie temperatury jest zwykle związana z tym, że po odwodnieniu ich białka stają się odporne na denaturację.

Głównym źródłem materiału energetycznego jako substratu do oddychania jest fotosynteza, dlatego zaopatrzenie komórki w energię i związane z tym procesy naprawcze zależą od stabilności i zdolności aparatu fotosyntetycznego do regeneracji po uszkodzeniu. Aby utrzymać fotosyntezę w ekstremalnych warunkach w roślinach, aktywowana jest synteza składników błony tylakoidowej, hamowane jest utlenianie lipidów i przywracana jest ultrastruktura plastydu.

Na poziomie organizmu przykładem regeneracji jest rozwój pędów zastępczych, przebudzenie uśpionych pąków w przypadku uszkodzenia punktów wzrostu.

Jeśli znajdziesz błąd, zaznacz fragment tekstu i kliknij Ctrl+Enter.

W procesie ewolucji, w wyniku doboru naturalnego i walki o byt, powstają adaptacje (adaptacje) organizmów do określonych warunków życia. Sama ewolucja jest zasadniczo ciągłym procesem powstawania adaptacji, przebiegającym według następującego schematu: intensywność reprodukcji -> walka o byt -> selektywna śmierć -> dobór naturalny -> dopasowanie.

Adaptacje wpływają na różne aspekty procesów życiowych organizmów i dlatego mogą być kilku typów.

Adaptacje morfologiczne

Wiążą się ze zmianą budowy ciała. Na przykład pojawienie się błon między palcami u ptactwa wodnego (płazy, ptaki itp.), gruba sierść u północnych ssaków, długie nogi i długa szyja u ptaków bagiennych, elastyczne ciało u drapieżników ryjących się w ziemi (na przykład u łasic). ) itp. U zwierząt stałocieplnych podczas przemieszczania się na północ odnotowuje się wzrost średniej wielkości ciała (reguła Bergmanna), co zmniejsza względną powierzchnię i przenoszenie ciepła. W rybach dennych powstaje płaskie ciało (płaszczki, flądra itp.). Rośliny w północnych szerokościach geograficznych i regionach wysokogórskich często mają formy pełzające i w kształcie poduszeczki, mniej uszkadzane przez silne wiatry i lepiej nagrzewane przez słońce w warstwie gleby.

Zabarwienie ochronne

Ubarwienie ochronne jest bardzo ważne dla gatunków zwierząt, które nie posiadają skutecznych środków ochrony przed drapieżnikami. Dzięki niej zwierzęta stają się mniej widoczne na ziemi. Na przykład samice ptaków wylęgowych są prawie nie do odróżnienia od tła terenu. Jaja ptasie są również pokolorowane, aby pasowały do koloru obszaru. Ryby denne, większość owadów i wiele innych gatunków zwierząt ma ochronne ubarwienie. Na północy bardziej powszechne jest ubarwienie białe lub jasne, które pomaga maskować się na śniegu (niedźwiedzie polarne, sowy polarne, lisy polarne, młode płetwonogi - białe szczenięta itp.). Wiele zwierząt wykształciło ubarwienie utworzone przez naprzemienne jasne i ciemne paski lub plamy, przez co są mniej widoczne w krzakach i gęstych zaroślach (tygrysy, młode dziki, zebry, jelenie cętkowane itp.). Niektóre zwierzęta potrafią bardzo szybko zmieniać kolor w zależności od warunków (kameleony, ośmiornice, flądry itp.).

Przebranie

Istotą przebrania jest to, że kształt ciała i jego ubarwienie sprawiają, że zwierzęta wyglądają jak liście, sęki, gałęzie, kora czy ciernie roślin. Często spotykany u owadów żyjących na roślinach.

Zabarwienie ostrzegawcze lub groźne

Niektóre rodzaje owadów, które mają trujące lub nieprzyjemne gruczoły, mają jasny kolor ostrzegawczy. Dlatego drapieżniki, które kiedyś je napotkały, długo pamiętają ten kolor i nie atakują już takich owadów (na przykład osy, trzmiele, biedronki, stonki ziemniaczane i wiele innych).

Mimika

Mimikra to kolor i kształt ciała nieszkodliwych zwierząt, który naśladuje ich jadowite odpowiedniki. Na przykład niektóre niejadowite węże wyglądają jak jadowite. Cykady i świerszcze przypominają duże mrówki. Niektóre motyle mają na skrzydłach duże plamki, które przypominają oczy drapieżników.

Adaptacje fizjologiczne

Ten rodzaj adaptacji wiąże się z restrukturyzacją metabolizmu w organizmach. Na przykład pojawienie się stałocieplności i termoregulacji u ptaków i ssaków. W prostszych przypadkach jest to przystosowanie do określonych form pożywienia, składu soli środowiska, wysokich lub niskich temperatur, wilgotności lub suchości gleby i powietrza itp.

Adaptacje biochemiczne

Adaptacje behawioralne

Ten rodzaj adaptacji wiąże się ze zmianą zachowania w określonych warunkach. Na przykład opieka nad potomstwem prowadzi do lepszego przeżycia młodych zwierząt i zwiększa odporność ich populacji. W okresie godowym wiele zwierząt tworzy osobne rodziny, a zimą łączą się w stada, co ułatwia ich pożywienie lub ochronę (wilki, wiele gatunków ptaków).

Adaptacje do okresowych czynników środowiskowych

Są to adaptacje do czynników środowiskowych, które przejawiają się w określonej okresowości. Ten typ obejmuje dobowe naprzemienne okresy aktywności i odpoczynku, stany częściowej lub całkowitej anabiozy (opadające liście, zimowe lub letnie diapauzy zwierząt itp.), migracje zwierząt spowodowane zmianami sezonowymi itp.

Adaptacje do ekstremalnych warunków życia

Rośliny i zwierzęta żyjące na pustyniach iw rejonach polarnych również uzyskują szereg specyficznych adaptacji. U kaktusów liście przekształciły się w kolce (w celu ograniczenia parowania i ochrony przed zjedzeniem przez zwierzęta), a łodyga przekształciła się w organ fotosyntetyczny i rezerwuar. Rośliny pustynne mają długi system korzeniowy, który pozwala im wydobywać wodę z dużych głębokości. Jaszczurki pustynne mogą przetrwać bez wody, jedząc owady i pozyskując wodę poprzez hydrolizę ich tłuszczów. U zwierząt północnych oprócz grubej sierści występuje również duża podaż tłuszczu podskórnego, który ogranicza wychłodzenie organizmu.

Względny charakter adaptacji

Wszystkie adaptacje są celowe tylko w określonych warunkach, w których się rozwinęły. Kiedy te warunki się zmieniają, adaptacje mogą stracić na wartości, a nawet zaszkodzić organizmom, które je posiadają. Biały kolor zajęcy, który dobrze chroni je na śniegu, staje się niebezpieczny podczas zimy z niewielkim śniegiem lub silnymi roztopami.

Względny charakter adaptacji dobrze potwierdzają również dane paleontologiczne, które świadczą o wyginięciu dużych grup zwierząt i roślin, które nie przetrwały zmiany warunków życia.

Aby przetrwać w niesprzyjających warunkach klimatycznych, rośliny, zwierzęta i ptaki mają pewne cechy. Cechy te nazywane są „przystosowaniami fizjologicznymi”, których przykłady można zaobserwować u praktycznie każdego gatunku ssaków, w tym u ludzi.

Dlaczego potrzebujemy adaptacji fizjologicznej?

Warunki życia w niektórych częściach świata nie są do końca komfortowe, jednak występują tu różni przedstawiciele dzikiej przyrody. Istnieje kilka powodów, dla których zwierzęta te nie opuściły wrogiego środowiska.

Przede wszystkim warunki klimatyczne mogły się zmienić, gdy jakiś gatunek już istniał na danym terenie. Niektóre zwierzęta nie są przystosowane do migracji. Możliwe jest również, że cechy terytorialne nie pozwalają na migrację (wyspy, płaskowyże górskie itp.). Dla niektórych gatunków zmienione warunki życia nadal są bardziej odpowiednie niż w jakimkolwiek innym miejscu. A adaptacja fizjologiczna jest najlepszym rozwiązaniem problemu.

Co oznacza adaptacja?

Adaptacja fizjologiczna to harmonia organizmów z określonym siedliskiem. Na przykład komfortowy pobyt na pustyni jej mieszkańców wynika z ich przystosowania do wysokich temperatur i braku dostępu do wody. Adaptacja to pojawienie się w organizmach pewnych znaków, które pozwalają im dogadać się z dowolnymi elementami środowiska. Powstają w wyniku pewnych mutacji w ciele. Adaptacje fizjologiczne, których przykłady są dobrze znane na świecie, to np. zdolność do echolokacji u niektórych zwierząt (nietoperze, delfiny, sowy). Ta umiejętność pomaga im poruszać się w przestrzeni o ograniczonym oświetleniu (w ciemności, w wodzie).

Adaptacja fizjologiczna to zestaw reakcji organizmu na określone czynniki chorobotwórcze w środowisku. Zapewnia organizmom większe prawdopodobieństwo przeżycia i jest jedną z metod doboru naturalnego silnych i odpornych organizmów w populacji.

Rodzaje adaptacji fizjologicznej

Adaptację organizmu rozróżnia się genotypowo i fenotypowo. Genotyp opiera się na warunkach doboru naturalnego i mutacji, które doprowadziły do zmian w organizmach całego gatunku lub populacji. To właśnie w procesie tego typu adaptacji powstały współczesne gatunki zwierząt, ptaków i ludzi. Genotypowa forma adaptacji jest dziedziczna.

Fenotypowa forma adaptacji wynika z indywidualnych zmian w danym organizmie w celu komfortowego pobytu w określonych warunkach klimatycznych. Może się również rozwijać w wyniku ciągłego narażenia na agresywne środowisko. W rezultacie organizm nabiera odporności na swoje warunki.

Adaptacje złożone i krzyżowe

Złożone adaptacje przejawiają się w określonych warunkach klimatycznych. Na przykład adaptacja organizmu do niskich temperatur podczas długiego pobytu w regionach północnych. Ta forma adaptacji rozwija się u każdej osoby podczas przechodzenia do innej strefy klimatycznej. W zależności od cech konkretnego organizmu i jego stanu zdrowia, ta forma adaptacji przebiega w różny sposób.

Adaptacja krzyżowa to forma habituacji ciała, w której rozwój odporności na jeden czynnik zwiększa odporność na wszystkie czynniki z tej grupy. Fizjologiczna adaptacja człowieka do stresu zwiększa jego odporność na inne czynniki, takie jak zimno.

Na podstawie pozytywnych adaptacji krzyżowych opracowano zestaw środków wzmacniających mięsień sercowy i zapobiegających zawałom serca. W warunkach naturalnych osoby, które częściej spotykały się w życiu z sytuacjami stresowymi, są mniej podatne na konsekwencje zawału serca niż osoby, które prowadziły spokojny tryb życia.

Rodzaje reakcji adaptacyjnych

Istnieją dwa rodzaje reakcji adaptacyjnych organizmu. Pierwszy typ nazywa się „adaptacjami pasywnymi”. Reakcje te zachodzą na poziomie komórkowym. Charakteryzują kształtowanie się stopnia odporności organizmu na działanie negatywnego czynnika środowiskowego. Na przykład zmiana ciśnienia atmosferycznego. Adaptacja pasywna pozwala zachować normalną funkcjonalność organizmu przy niewielkich wahaniach ciśnienia atmosferycznego.

Najbardziej znanymi adaptacjami fizjologicznymi u zwierząt typu biernego są reakcje obronne organizmu żywego na działanie zimna. Hibernacja, w której procesy życiowe ulegają spowolnieniu, jest nieodłączną cechą niektórych gatunków roślin i zwierząt.

Drugi rodzaj reakcji adaptacyjnych nazywany jest aktywnym i oznacza środki ochronne organizmu pod wpływem czynników chorobotwórczych. W takim przypadku wewnętrzne środowisko ciała pozostaje stałe. Ten rodzaj adaptacji jest nieodłączny dla wysoko rozwiniętych ssaków i ludzi.

Przykłady adaptacji fizjologicznych

Fizjologiczne przystosowanie człowieka przejawia się we wszystkich niestandardowych sytuacjach dla jego środowiska i stylu życia. Najbardziej znanym przykładem adaptacji jest aklimatyzacja. W przypadku różnych organizmów proces ten przebiega z różną prędkością. Niektórym potrzeba kilku dni, aby przyzwyczaić się do nowych warunków, dla wielu zajmie to miesiące. Również tempo habituacji zależy od stopnia odmienności od zwykłego środowiska.

W siedliskach agresywnych wiele ssaków i ptaków wykazuje charakterystyczny zestaw reakcji organizmu, które składają się na ich fizjologiczną adaptację. Przykłady (u zwierząt) można zaobserwować w prawie każdej strefie klimatycznej. Na przykład mieszkańcy pustyni gromadzą rezerwy tłuszczu podskórnego, który utlenia się i tworzy wodę. Proces ten obserwuje się przed nadejściem okresu suszy.

Zachodzi również adaptacja fizjologiczna w roślinach. Ale jest bierna. Przykładem takiej adaptacji jest zrzucanie liści przez drzewa, gdy nadchodzi chłodna pora roku. Miejsca nerek pokryte są łuskami, które chronią je przed szkodliwym działaniem niskich temperatur i śniegu z wiatrem. Procesy metaboliczne w roślinach ulegają spowolnieniu.

W połączeniu z adaptacją morfologiczną fizjologiczne reakcje organizmu zapewniają mu wysoki poziom przeżywalności w niesprzyjających warunkach i przy drastycznych zmianach w środowisku.