Główne sposoby i formy adaptacji organizmów żywych do warunków środowiskowych. Fotoperiodyzm. Formy adaptacji Anatomiczne przykłady adaptacji morfologicznej

Reakcje na niekorzystne czynniki środowiskowe działają destrukcyjnie na organizmy żywe tylko w określonych warunkach 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.

Na obszarach 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 zanurzonych w wodzie części 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 przeprowadzić reakcję 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 tułowiu 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 nieprzyjazny wygląd 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, głęboko osadzony 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. To naturalne, 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)

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 tych 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 tych mechanizmów jest zdolność wielu roślin do tworzenia oszczędzającej wodę ścieżki fotosyntezy typu CAM w warunkach deficytu wody spowodowanego suszą, zasoleniem, niskimi temperaturami i innymi stresorami.

Adaptacja ta związana jest 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 jest nieobecna w normalnych warunkach wzrostu. Jednak w warunkach powodzi i braku tlenu w tkankach w korzeniach niektóre komórki kory pierwotnej 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 krótkoterminowe warunki do przetrwania pod działaniem 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 naglącym lub na etapie adaptacji specjalistycznej, w zależności od intensywności i czasu trwania 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)

Na podstawie danych zawartych w tabeli można zauważyć, że odporności roślin na kilka czynników towarzyszą jednokierunkowe zmiany fizjologiczne. Daje to powody, by 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 następującej po niej 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 odpowiedzi 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 procesy wzrostu ulegają zniszczeniu w pierwszej kolejności w warunkach stresowych. 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: molekularnej, subkomórkowej, komórkowej, tkankowej, narządowej, organizmu i populacji.

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 regeneracyjna komórek organizmów zaadaptowanych jest determinowana przez odporność ich białek na denaturację, czyli 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.

Zasadniczo systemy adaptacyjne w taki czy inny sposób odnoszą się do zimna, co jest dość logiczne - jeśli uda ci się przetrwać w głębokim minusie, inne niebezpieczeństwa nie będą tak straszne. Nawiasem mówiąc, to samo dotyczy ekstremalnie wysokich temperatur. Kto potrafi się dostosować, najprawdopodobniej nigdzie nie zniknie.

Zające polarne to największe zające w Ameryce Północnej, które z jakiegoś powodu mają stosunkowo krótkie uszy. To doskonały przykład na to, co zwierzę może poświęcić, aby przetrwać w trudnych warunkach – podczas gdy długie uszy mogą pomóc usłyszeć drapieżnika, krótkie zmniejszają wydzielanie cennego ciepła, co jest o wiele ważniejsze dla zająca polarnego.

Żaby z Alaski, gatunek Rana sylvatica, być może nawet prześcignęły ryby antarktyczne. Zimą dosłownie zamarzają w lodzie, przeczekując w ten sposób zimną porę roku, a na wiosnę wracają do życia. Taki „kriosen” jest dla nich możliwy dzięki specjalnej budowie wątroby, która podwaja się podczas hibernacji, oraz złożonej biochemii krwi.

Niektóre modliszki, które nie są w stanie spędzić całego dnia na słońcu, radzą sobie z brakiem ciepła poprzez reakcje chemiczne we własnym ciele, koncentrując błyski ciepła wewnątrz na krótkotrwałe ogrzewanie.

Torbiel to tymczasowa forma bytowania bakterii i wielu organizmów jednokomórkowych, w której organizm otacza się gęstą powłoką ochronną, aby chronić się przed agresywnym środowiskiem zewnętrznym. Ta bariera jest bardzo skuteczna – w niektórych przypadkach może pomóc gospodarzowi przetrwać kilkadziesiąt lat.

Ryby nototenipodobne żyją w wodach Antarktyki tak zimnych, że normalne ryby zamarzałyby tam na śmierć. Woda morska zamarza tylko w temperaturze -2 ° C, czego nie można powiedzieć o całkowicie świeżej krwi. Jednak ryby antarktyczne wydzielają naturalne białko zapobiegające zamarzaniu, które zapobiega tworzeniu się kryształków lodu we krwi i pozwala przetrwać.

Megatermia – zdolność do wytwarzania ciepła za pomocą masy ciała, dzięki czemu przetrwa w niskich temperaturach nawet bez płynu niezamarzającego we krwi. Jest to wykorzystywane przez niektóre żółwie morskie, które pozostają mobilne, gdy woda wokół nich prawie zamarza.

Azjatyckie gęsi górskie, przekraczając Himalaje, wznoszą się na wyżyny. Najwyższy lot tych ptaków zarejestrowano na wysokości 10 tysięcy metrów! Gęsi mają pełną kontrolę nad temperaturą ciała, a nawet zmieniają chemię krwi w razie potrzeby, aby przetrwać w lodowatym i rozrzedzonym powietrzu.

Poskoczki mułowe nie są najczęstszym gatunkiem ryb, choć należą do dość banalnych babek. Podczas odpływu czołgają się po mule, zdobywając własne pożywienie, od czasu do czasu wspinając się na drzewa. Na swój sposób poskoczki mułowe są znacznie bliższe płazom i tylko płetwy ze skrzelami wydają w nich ryby.

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 ze stresującymi sytuacjami, 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 środowiska.

Są to optymalne proporcje ciała, umiejscowienie i gęstość okrywy włosowej lub piórkowej itp. Wygląd ssaka wodnego – delfina – jest dobrze znany. Jego ruchy są lekkie i precyzyjne. Niezależna prędkość w wodzie sięga 40 kilometrów na godzinę. Gęstość wody jest 800 razy większa od gęstości powietrza. Kształt korpusu w kształcie torpedy zapobiega tworzeniu się wirów wody opływającej delfina.