§ 2. Закономірності формування та властивості адаптацій
Чому дельфіни мають обтічну форму тіла? Як організми підтримують свій гомеостаз? Які тварини здійснюють міграції і навіщо? Чому ведмеді впадають у сплячку і які переваги вони тим самим отримують? Чому в різних видів птахів різна форма крил?
Форми адаптацій
За механізмом пристосування адаптації бувають морфологічні, фізіолого-біохімічні або етологічні (поведінкові). Морфологічні адаптації відбуваються шляхом зміни особливостей будови тіла. Так, видовження шиї жирафи забезпечує доступ до листків із верхніх ярусів дерев. Фізіолого-біохімічні адаптації відбуваються за рахунок змін внутрішніх процесів організму. Наприклад, у риб, які заходять для нересту з моря в річки, починають діяти фізіологічні механізми, які перешкоджають виведенню солей з організму і запобігають порушенню гомеостазу.
Поведінкові адаптації утворюються за участі центральної нервової системи. Прикладом такої адаптації є поведінка слонів в Анголі. Під час громадянської війни в цій країні слони часто підривалися на протипіхотних мінах. Але через деякий час вони навчилися впізнавати заміновані місця (скоріше за все, за запахом) і стали обходити їх.
Більшість адаптацій є поєднанням названих форм. Вони можуть стосуватися і будови тіла, і поведінки, і зовнішнього вигляду, і біохімічного складу клітин (мал. 2.1).
Мал. 2.1. Адаптація серпокрильця до умов існування
Морфологічні адаптації:
• обтічна форма тіла (здатність до польоту);
• довгі крила (швидкий політ);
• широкий рот (ловля літаючих комах).
Фізіолого-біохімічні адаптації:
здатність пташенят впадати в анабіоз під час різкого зниження температури.
Поведінкові адаптації:
сезонні перельоти в місця зимівлі (восени) і гніздування (весною).
Властивості адаптацій
Основними властивостями адаптацій можна вважати такі:
— до дії одного й того самого фактора адаптація може здійснюватися різними шляхами;
— будь-яка адаптація є відносною.
Прикладами різних шляхів адаптації до дії одного фактора є адаптації різних тварин до низьких зимових температур на території Євразії. Так, із настанням холодів у зайців виростає тепле й густе зимове хутро (структурна адаптація), ведмеді впадають у зимовий сон, суттєво вповільнюючи свій обмін речовин (фізіологічна адаптація), а лелеки перелітають у південні регіони (поведінкова адаптація).
Адаптації відносні, тому що фактори, до дії яких організми адаптуються, не є незмінними. І певні зміни в середовищі існування можуть спричинити навіть вимирання виду, хоча раніше він набув адаптацій, що були необхідні для виживання в цьому середовищі. Так, білий колір зимового хутра зайця-біляка суттєво підвищує його шанси на виживання, бо він менш помітний для хижаків на фоні снігу. Але в ситуації зміни клімату, коли сніг випадає дуже пізно, ця адаптація стає недоліком. Бо зайця з білим хутром у лісі з опалим листям без снігу видно набагато краще.
Будь-які адаптації живих організмів ґрунтуються на законах фізики й хімії. Тому аналіз виявлених ученими закономірностей у формуванні адаптацій дозволяє вивчити механізми, на яких вони засновані. Прикладами таких закономірностей є правила Бергмана і Алена.
Правило Бергмана
Це правило було запропоновано німецьким ученим-екологом К. Бергманом (1847 р.). Воно пов’язує розмір тіла тварин із впливом на них температури. Згідно з правилом Бергмана, розмір тіла тварин одного виду (або кількох близьких видів одного роду) є більшим у холодніших частинах ареалу і меншим у тепліших його частинах.
Правило Бергмана добре проявляється у представників роду Ведмідь (Ursus) (мал. 2.2, с. 10). Наприклад, середня маса тіла білого ведмедя, який живе в полярних регіонах, дорівнює приблизно 300-400 кг. Бурий ведмідь живе південніше за білого і має масу тіла в середньому 200-250 кг. А в мешканця найбільш південних районів Євразії — гімалайського ведмедя — середня маса тіла є найменшою — 135 кг.
Мал. 2.2. Прояв правила Бергмана на прикладі білого, бурого й гімалайського ведмедів
Правило Бергмана засновано на різниці втрати тепла в тіл різного розміру. За умови збільшення розмірів тіла у тварин їхній об’єм збільшується набагато швидше, ніж площа поверхні. І тепло, яке виробляється в організмі, має менше можливостей для виходу з організму.
В умовах холодного клімату така адаптація дозволяє ефективно економити ресурси організму. А в умовах жаркого клімату більш вигідним є менше тіло. У цьому випадку співвідношення поверхня/об’єм змінюється на користь поверхні. Вироблене в результаті обміну речовин тепло легше виводиться з організму, що вберігає його від перегріву.
Правило Алена
Правило Алена було сформульовано американським ученим-екологом Дж. Аленом (1877 р.). Це правило пов’язує розмір виступаючих частин тіла (наприклад вух) теплокровних тварин із температурними особливостями клімату. Згідно з правилом Алена, найменші розміри виступаючих частин тіла мають тварини, які живуть у найбільш холодних регіонах, а найбільші — жителі найбільш теплих країв.
Так, серед лисиць (мал. 2.3) найменший розмір вушних раковин має песець, який живе в полярних регіонах. У лисиці, мешканки помірної зони, вуха трішки більші. А найбільші вуха в цій групі має фенек, ареал якого охоплює пустелі Північної Африки.
Мал. 2.3. Прояв правила Алена на прикладі лисиць: песця, звичайної лисиці й фенека
Правило Алена, як і правило Бергмана, також відображає адаптації тварин до обміну тепла з навколишнім середовищем. Виступаючі частини тіла можуть суттєво збільшувати площу його поверхні без суттєвого збільшення об’єму. Тому великі виступаючі частини тіла є гарною адаптацією до жарких умов існування, коли організму треба швидко позбуватися зайвого виробленого тепла. А в холодних умовах такі поверхні краще максимально зменшити, щоб забезпечити збереження тепла в організмі.
Отже, тепер ви знаєте
1. Які бувають адаптації? 2. Чому адаптації є відносними? 3. У чому полягає правило Бергмана? 4. У чому полягає правило Алена?
Запитання та завдання
5*. Дві екологічні групи рослин — ефемери й сукуленти — успішно адаптувалися до умов життя в пустелі. Але їх адаптації є різними. Поясніть різницю між їхніми способами адаптації до умов життя в пустелі. 6. Який із підвидів тигра — суматранський чи уссурійський, — згідно з правилом Бергмана, повинен мати більший розмір тіла і чому? 7*. На конкретних прикладах поясніть, як тварини адаптуються до умов життя в пустелях за допомогою структурних, фізіологічних і поведінкових адаптацій.
Источник
Які систематичні групи живих організмів ви знаєте? Чому рослини не можуть жити на великих глибинах, а тварини можуть? У тварин, які живуть у воді, дихання набагато частіше здійснюється за допомогою зябер, а не легень. Із чим це може бути пов’язано?
Єдність організмів і середовища існування
Будь-який організм не може існувати сам по собі, окремо від середовища, у якому він живе. Організм — це складна відкрита система, що пов’язана із середовищем величезною кількістю зв’язків. Він отримує з нього речовини для побудови свого тіла та енергію для забезпечення процесів життєдіяльності. На нього впливають фактори середовища. Він сам може впливати на нього, а в деяких випадках навіть суттєво змінювати його.
Наявність таких взаємних зв’язків між організмом і середовищем, які зумовлюють їх єдність, називають правилом (або законом) єдності організму й середовища існування.
Ця єдність має місце в усіх середовищах існування організмів. Але в кожного з них є свої особливості, тому взаємозв’язки організмів із різними середовищами мають характерні саме для них риси.
Водне середовище існування
Водне середовище існування містить усю гідросферу нашої планети. Саме це середовище вважають місцем зародження життя на планеті. Воно є досить сталим щодо температурних коливань і має велику щільність. Це дозволяє організмам виростати до великих розмірів, бо, згідно із законом Архімеда, на них діє сила, спрямована вгору. Це суттєво знижує навантаження на опорні структури організму.
Організми у водному середовищі можуть активно плавати, пасивно парити у товщі води або мешкати на дні (мал. 6.1). На життєдіяльність організмів у цьому середовищі істотно впливають такі фактори, як солоність, наявність мінеральних речовин у доступній формі, можливість появи льодового покриву та насиченість води киснем.
Тунець
Краб
Саргасум
Мал. 6.1. Мешканці водного середовища
Різні організми по-різному адаптуються до умов середовища. Активно плаваючі мають обтічну форму тіла, у сидячих або вільно дрейфуючих форм симетрія тіла є радіальною. Ті, хто живуть на дні, мають сплощене тіло і вміють гарно маскуватися.
Цікаві адаптації до життя у водному середовищі виробляють рослини. Для них дуже важливим фактором існування є сонячне світло, яке забезпечує енергією процес фотосинтезу. Як відомо, різні частини сонячного спектра потрапляють на різну глибину в товщі води, що спричинило появу різних наборів пігментів у пластидах водоростей, які живуть на різних глибинах. Така адаптація дозволяє водоростям існувати на різних глибинах і ефективно використовувати енергію світла.
Наземно-повітряне середовище існування
Наземно-повітряне середовище є найбільш різноманітним за сукупністю фізичних параметрів. У різних його регіонах суттєво різняться температурний режим, рівень зволоженості та рельєф. Крім того, у багатьох місцевостях спостерігаються різкі сезонні коливання умов (наприклад, у регіонах із різко континентальним кліматом).
Організми в цьому середовищі можуть вести прикріплений спосіб життя, активно рухатися або літати (мал. 6.2, с. 22). На їхню життєдіяльність впливають такі фактори, як освітленість, клімат, сезонні зміни погоди, наявність джерел доступної води тощо.
Сарна
Синиця
Липа
Мал. 6.2. Мешканці наземно-повітряного середовища
Шляхи адаптації до умов існування в наземно-повітряному середовищі є найбільш різноманітними. Літаючі організми виробляють вигідну аеродинамічну форму тіла. Бігаючі або стрибаючі форми мають добре розвинені кінцівки. Ті, хто не можуть активно рухатися, виробляють пасивні форми захисту, накопичуючи отруйні речовини, тощо. Важливими є також поведінкові адаптації, які, наприклад, стають причиною міграцій тварин і допомагають їм уникати несприятливих умов існування в конкретній місцевості.
Адаптацію рослин до наземно-повітряного середовища добре видно на прикладі дерев, таких як дуб або липа. Ці дерева мають морфологічні адаптації. Тіло цих рослин поділене на органи — корінь і пагін, які виконують різні функції. Корінь забезпечує мінеральне живлення, а пагін — фотосинтез. В організмі цих дерев багато механічних тканин, що дозволяють ефективно протидіяти силі тяжіння та захищають від механічних пошкоджень. Крім того, вони мають і фізіолого-біохімічні адаптації. Так, скидання листя восени забезпечує видалення продуктів обміну і захист від сніголамів через накопичення снігу в кронах.
Ґрунтове середовище існування
Ґрунтове середовище існування є дуже специфічним. Воно менш мінливе, ніж наземно-повітряне. Але це середовище є найщільнішим серед усіх інших. Організми, які в ньому живуть, повинні або рити ходи, як кріт чи вовчок, або протискатися між частками ґрунту, як дощовий черв’як (мал. 6.3).
Кріт
Вовчок
Дощовий черв’як
Мал. 6.3. Мешканці ґрунтового середовища
На життєдіяльність мешканців ґрунтів впливають такі фактори, як склад ґрунту, його щільність, зволоженість, наявність жорстких прошарків, рівень ґрунтових вод тощо.
Організми адаптуються до цього середовища завдяки виникненню спеціальних органів для риття ходів, зміні форми тіла й утворенню спеціальних зовнішніх покривів тощо. У них суттєво змінюється роль різних органів чуттів. Зір утрачає значення. А от слух і дотикова чутливість виходять на перший план.
Добре пристосованими до життя у ґрунті організмами є гриби та грибоподібні організми. Їхнє тіло представлено міцелієм і є дуже розгалуженою структурою, яка складається з великої кількості тоненьких ниток — гіф. Така структура забезпечує найкраще співвідношення поверхня/об’єм і дозволяє цим організмам ефективно добувати з ґрунту потрібні їм поживні речовини.
Схожу адаптацію мають рослини. Їхні корені вкриті великою кількістю кореневих волосків, що дає змогу легко видобувати з ґрунту потрібну кількість вологи і мінеральних речовин.
Кріт і сліпак живуть під землею і риють довгі підземні ходи. Форма тіла в них схожа. А от спосіб рихлення ґрунту для риття ходів у цих тварин різний. Кріт використовує для цього свої передні лапи, а сліпак — різці.
Унікальним середовищем існування є мангрові ліси. Вони розташовані на межі суходолу й океану і затоплюються солоною водою під час припливів. Тому деревам у цих лісах довелося виробити унікальні адаптації. Різні види використовують різні способи пристосування, але всі вони здатні витримувати тимчасове затоплення, високу солоність середовища і дефіцит кисню в ґрунті.
Отже, тепер ви знаєте
1. Про що свідчить принцип єдності організму і середовища існування? 2. У яких середовищах живуть живі організми? 3. Які організми мешкають у водному середовищі? 4. Які фактори діють на організми в наземному середовищі існування? 5*. Які морфологічні ознаки вказують на пристосування крота до життя у ґрунті?
Запитання та завдання
6. Порівняйте адаптацію хребетних і членистоногих до водного середовища існування. 7*. На прикладі однієї з груп організмів покажіть, як відбувається пристосування до літаючого способу життя в наземно-повітряному середовищі.
Источник