Приспособленность организмов к условиям внешней среды. Глава II — §1. Приспособление организмов к условиям среды

В ходе борьбы за существование происходит естественный отбор наиболее приспособленных к условиям среды особей.

Выработавшиеся в ходе филогенеза приспособления называются адаптациями. Адаптации касаются морфологии, физиологии и поведения организмов.

Наиболее характерными адаптациями можно назвать форму тела и конечностей. Так, у водоплавающих млекопитающих — дельфинов и китов — тело отвечает требованиям гидродинамики и позволяет развивать скорость до 40 км в час.

У птиц, например сокола сапсана, тело оптимизировано под требования аэродинамики и экономии веса. Благодаря этому, сокол может пикировать со скоростью до 300 км в час.

Более мелкие физиологические особенности, например форма клюва, не менее важны. Так стриж на лету ловит мелких насекомых, поэтому у него широкий рот и короткий клюв. Цапля ловит рыб и амфибий под водой, поэтому у нее длинный клюв (рис. 1).

Рис. 1. Примеры адаптаций: клювы стрижа — слева и цапли — справа

Незначительные, на первый взгляд, изменения на самом деле носят приспособительный характер.

Важную роль играет внешний вид особей. Адаптации, связанные с внешним видом особей, принято разделять на условные группы.

Первую группу составляет покровительственная окраска.

Покровительственная окраска делает особь менее заметной на фоне других объектов и затрудняет ее обнаружение.

Такая окраска встречается у видов, представители которых живут открыто и легко могут стать добычей хищников. Например, на севере многие виды окрашены в белый цвет, чтобы не выделяться на фоне снега (рис. 2).

Рис. 2. Покровительственная окраска делает животное почти невидимым на фоне окружающей среды

Другие виды — олени, тигры, некоторые змеи — имеют контрастную, расчленяющую окраску (рис. 3).

Рис. 3. Примеры расчленяющей окраски, которая тоже прекрасно маскирует животных

Если фон среды не остается постоянным, в зависимости от сезона года, то многие животные меняют свою окраску также в течение года (рис. 4).

Рис. 4. Сезонные изменения покровительственной окраски зайца

Покровительственная окраска характерна не только для самих особей, но также и для их яиц или гнездовий.

Вторая группа — это маскировка. Т. е. приспособление, при котором особь сливается с окружающими предметами.

Например, некоторые гусеницы своим внешним видом имитируют сучки. Некоторые клопы очень похожи на листья. А рыбы маскируются под камни и водоросли (см. видео).

Третья группа — это предупреждающая окраска. Это яркая, бросающаяся в глаза окраска, которая отличает жалящих или несъедобных существ.

Хищники реже атакуют таких опасных особей, выбирая более безобидных жертв (см. видео).

Четвертая группа — это мимикрия, т. е. достижение сходства с каким-то опасным для хищника видом.

Например, некоторые неядовитые насекомые как бы имитируют формой и окраской ядовитых сородичей (рис. 5). Фактически, это подражание предупреждающей окраски, какого-то действительно опасного вида. Хищники не нападают на таких животных, опасаясь последствий. Мимикрия тоже является результатом естественного отбора особей, похожих на представителей ядовитых или опасных видов.

Рис. 5. Пример мимикрии

Помимо морфологических адаптаций, выделяют также физиологические адаптации
, т. е. все те изменения в работе тканей и органов, которые накопились в результате естественного отбора.

Например, пустынные животные перед наступлением засушливого периода накапливают запасы жира, при разложении которого в организме получается вода.

Значительную роль для естественного отбора играет приспособительное поведение
. По аналогии с окраской, такое поведение может способствовать маскировке или, наоборот, отпугиванию врагов и соперников. Так, кобра, раскрывая свой капюшон, демонстрирует агрессивность своих намерений (см. видео).

Для выживания виды используют сложные поведенческие механизмы. Например, запасание. Полевка-эконом может собирать до 10 кг запасов кореньев, злаков, сена. Бобры устраивают на зиму склады обрубков деревьев. Их запасы могут достигать 20 м 3 .

Примером приспособительного поведения служит и время наиболее суточной активности. Так, в пустынных условиях многие хищники выходят на охоту ночью, когда спадает дневной зной.

Еще одним примером приспособительного поведения является забота о потомстве.

Так, многие рыбы охраняют икру, откладываемую между камнями, активно отгоняя врагов. А некоторые и вовсе вынашивают икру во рту, или даже в желудке (см. видео).

Наиболее ярко забота о потомстве проявляется у млекопитающих. Звери не только кормят свое потомство, но и обучают его ловить добычу. Представители нашего вида — обычно тоже весьма заботливые родители.

Следует помнить, что любые адаптации носят относительный характер. Даже самая совершенная адаптация может оказаться бесполезной или вредной при смене условий.

Например, у крыс постоянно растут резцы. Это адаптация к питанию жестким кормом. Но если крыс перевести на питание мягким кормом, то зубы перестанут стачиваться, достигнут огромных величин, и такая крыса погибнет. Аналогично, сокол, идеально приспособленный к полету, совершенно не может перемещаться в воде, или в густом лесу.

Таким образом, адаптации — это проявление изменчивости, которое дает преимущество в борьбе за выживание и закрепляется естественным отбором.

Список литературы

1. А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. Общая биология, 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2005. По ссылке скачать учебник: ()
2. Д.К. Беляев. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. — 11-е издание, стереотипное. — М.: Просвещение, 2012. — 304 с. ()
3. В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин, Е.Т. Захарова. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень. — 5-е издание, стереотипное. — М.: Дрофа, 2010. — 388 с. ()
4. В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. — 6-е издание, дополненное. — М.: Дрофа, 2010. — 384 с. ()

Домашнее задание

1. Что понимают под приспособлением живых организмов к среде обитания?
2. Как связано морфологическое приспособление к окружающей среде с мутациями?
3. В чем отличие физиологической адаптации от поведенческой адаптации?
4. В че заключается эволюционный смысл мимикрии?
5. Как адаптированы к условиям среды представители нашего вида Человек разумный?
6. Обсудите с друзьями, какие поведенческие адаптации важны для современного человека.

1. Современная биология ().
2. Общая экология ().
3. ВикипедиЯ ().

Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с. Спасское

Тема: «Приспособленность организмов к условиям внешней среды как результат действия естественного отбора»

Разработала:

с. Спасское 2009г.

Урок биологии в 11 классе

Тема урока
: «Приспособленность организмов к условиям внешней среды как результат действия естественного отбора»

Цель урока
: 1. «Рассмотреть разнообразные приспособления к среде у растений и животных.

2. Объяснить возникновение приспособлений естественным отбором.

3. Раскрыть относительный характер приспособленности как результат естественного отбора.»

Оборудование:
Плоды и семена с различными приспособлениями к распространению коллекции насекомых — типы защитных окрасок, рисунки животных с различными приспособлениями.

План урока.

1. Повторение материала:

А)сущность естественного отбора и борьбы за существование (беседы, рассказы)

2. Объявление темы и постановки цели урока

3. Изучение нового материала.

А) Приспособленность организмов (рассказ, самостоятельная работа).

Б) Возникновение приспособлений (беседа, рассказ)

В) Относительный характер приспособлений (беседа)

4. Закрепление материала (ответы на вопросы, тестирование)

Ход урока

1. Повторение материала о сущности естественного отбора естественного отбора и борьбы за существование.

А) Беседа с учащимися. Учитель задает вопросы классу: Какова интенсивность размножения организмов в природе? Все ли особи доживают до взрослого состояния и дают потомство?

Учащиеся приводят примеры интенсивного размножения организмов: лягушка выметывает до 10 тыс. икринок, 1 коробочка мака дает 40 тыс. семян.

Не все особи доживают до взрослого состояния и дают потомство, большинство из них погибают: из-за недостатка влаги, нападения врагов, засухи, сильных морозов, температуры.

Учитель делает вывод: каждый организм стремится выжить и дать потомство, поэтому в природе постоянно идет борьба за существование.

Б) Рассказы учащихся: формы борьбы за существование. Уч-ся называют форму борьбы за существование и приводят примеры.

Кто же выживает в борьбе за существование?

Уч-ся отвечают:

В борьбе выживают наиболее приспособленные.

2. Учитель объявляет тему урока и ставит цель перед учащимися.

3. Изучение нового материала.

А) Речь учителя. Приспособленность организмов. Дарвин обратил внимание на одну черту эволюционного процесса — приспособительный характер. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Приспособленность к условиям среды может быть совершенной, что повышает шансы организма на выживание и оставление большого числа потомков. Приспособленность — это соответствие среде. Приспособления самые разнообразные. Рассмотрим приспособления плодов и семян к распространению.

Б) Работа учащихся с гербариями: Работа проводится группами: каждой группе задание: 1-ая группа — береза; тополь. 2-ая группа — горчица, белена. 3- я группа — репейник, череда. 4- ая группа – рябина, калина. Результаты работы учащиеся записывают в таблицу:

Растение	Характер приспособления	Способ распространения
	С обеих сторон плода каемки — крылья
	Пучки волосков
Репейник	Раскрывающиеся стручки Раскрывающиеся коробочки Прищепки Прищепки	Растрескивание сухих плодов животными, человеком
	Яркоокрашенные

В) Рассказ учителя о приспособленности животных:

Приспособленность животных учитель выражает в виде таблицы

Приспособленность организмов.

Виды приспособлений	Значение
Форма тела
Торпедообразная	Способствует избежанию образования завихрений потоков воды при движении	Акулы, дельфины
Сучковидная, листовидная	Делает организм незаметным среди тех или иных предметов среды	Палочники, гусеницы, пядениц
Причудливая		Морские коньки

Окраска тела:

покровительственная	Скрывает на фоне окружающей среды	Белая куропатка, зеленый кузнечик
Предостерегающая	Сохранение численности видов, обладающих ядовитыми, обжигающими, жалящими свойствами	Пчелы, осы, капустницы
Мимикрия (подражание беззащитных животных хорошо защищенным и обладающим предостерегающей окраской)	Защита от истребления	Пчеловидки, яйца, откладываемые кукушкой.
Твердые покровы тел.	Защита от поедания плотоядными животными	Жуки, крабы, черепахи.
		Ехидны, дикобразы, ежи
Приспособительное поведение
Замирание		Жуки, птицы
Угрожающая поза		Бородатая ящерица, ушастая круглоголовка
Запасание корма	Переживание бескормицы	Кедровка, бурундук, белка
Забота о потомстве
Вынашивание икры в ротовой полости, в складке кожи на животе	Сохранение потомства	Самцы тиляпии, морского конька
Постройка гнезда и выведение в нем потомства		Некоторые рыбы (колюшки), птицы, белки
Выкармливание потомства		Птицы, млекопитающие
Обеспечение будущего потомства пищей		Наездники
Физиологические адаптации
Удаление избытка воды через почки в виде слабоконцентрированной мочи	Сохранение постоянства внутренней среды организма в условиях жизни в пресной воде	Пресноводные рыбы
Потребление большого количества воды и выделение небольшого количества концентрированной мочи	Сохранение постоянства внутренней среды организма в условиях жизни в гиперосмотической среде	Морские рыбы

Примеры по каждому виду приспособлений приводят учащиеся.

Получить полный текст

Возникновение приспособлений.

4. Беседа с учащимися: Образования длинных ног и длинной шеи у жирафа по Ламарку объясняют учащиеся. Ламарк утверждал, что жирафы живут в Африке в тех местах, где почва сухая и нет растительности. Это заставляет жирафа объедать листву деревьев и делать постоянные усилия, чтобы дотянуться до нее. В результате таких «упражнений» передние ноги стали длиннее задних, и шея удлинилась, а затем эти изменения сохраняются в следующих поколениях при размножении.

Учитель ставит вопрос: — «Можно ли возникновение всех приспособлений объяснить упражнением органов?» (Например: яйца птиц покрытых пятнами). Учащиеся отвечают: — «Нет». Значит, утверждение Ламарка является неверным.

5. Рассказ учителя. Учитель объясняет учащимся возникновение длинных ног и длинной шеи у жирафа по Дарвину. Он зачитывает высказывание Дарвина о возникновении длинных ног и длинной шеи у жирафа.

На основании прочитанного делается вывод: — «Дарвин объясняет возникновение приспособлений естественным отбором, в процессе длительного исторического развития».

Относительный характер приспособлений.

6. Беседа с учащимися. На конкретных примерах выясняем, что любая приспособленность помогает организмам выжить лишь в тех условиях, в которых она сформировалась. Например, зеленый кузнечик живет в зеленой траве, так фон делает его незамеченным и предохраняет от врагов. А если кузнечика перенести на фон, где желтый покров, то его быстро уничтожат вредители. Учащимся предлагается привести примеры с другими видами приспособленности. И затем делаем вывод: — «Любая приспособленность организмов к среде выработана в процессе эволюции под действием естественных причин и не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания часто изменяются быстрее, чем формируются приспособления. Доказательством относительно характера приспособлений являются следующие факты: защитные приспособления от одних врагов оказываются не эффективными от других (ядовитые змеи опасны для многих животных, однако ежи, свиньи их поедают). Полезный в одних условиях орган становится бесполезным и даже вредным в другой среде (перепонки между пальцами у горных гусей, которые никогда не опускаются в воду).

5.Закрепление материала.

1.Ответы на вопросы.

а) — «А какие приспособления выработались у растений к недостатку влаги?»

б)- «Какие приспособления у птиц, связанных с полетом?»

а) — «У растений длинные корни, листья узкие или ввиде иголочек, листовые пластинки покрыты кутикулой.

б) – «Передние конечности видоизменены в крылья, кости легкие – полые, развит киль, грудные мышцы, дышат легкими и воздушными мешками».

2.Тестирование: надо выбрать ответ.

1) Приспособленность организмов к среде обитания – это результат:

А) стремление особей к самоусовершенствованию;

Б) деятельность человека;

В) модификационная изменчивость;

Г) Взаимодействие движущих сил эволюции.

2) Растения могут жить в пустыне благодаря:

А) глубокому расположению корневой системы;

Б) очередному листорасположению;

В) супротивному листорасположения;

Г) крупным размерам вегетативных органов.

3) Причиной формирования приспособленности популяции к новым условиям жизни не является:

А) появление новых признаков;

Б) разнообразие биотических связей;

В) действие естественного отбора;

Под аутэкологией обычно понимают воздействие на вид абиотиче-ских и иных факторов среды, определяющих границы его распростра-нения. Сюда же относят многочисленные исследования по физиологи-ческой экологии, изучающие протекание процессов в организме под воздействием факторов различной интенсивности, то есть адаптации организма к действующим на него факторам.

Ж.Б. Ламарк опирался в своих исследованиях на аутэкологические пред-ставления. Важнейшим фактором эволюции он считал влияние на орга-низм (особь) различных внешних условий и, прежде всего, климата. Из-менение среды по его представлениям, непосредственно ведет к транс-формации растений и низших животных. В результате возникают при-способительные модификационные изменения, которые со временем пе-реходят в стойкие наследственные различия. У высших животных изме-нения среды также служат началом эволюционных преобразований. Но процесс этот осуществляется более независимо, путем изменения по-требностей и привычек. Это ведет к упражнению одних органов и неуп-ражнению других. Утверждения Ламарка подтверждаются лишь частично, а аутэкология с тех времен значительно развилась и видоизменилась, составив крупное научное направление в современной экологии.

Градация приспособлений к плаванию

Вводная глава Что такое экология?

Глава I Факторы и ресурсы среды

Глава II Экология особи (аутэкология)

Глава III Основы учения о популяции

Глава IV Биоценозы, экосистемы, биосфера

Глава V Экосистемы урбанизированных ландшафтов

Глава VI Биоценотические закономерности эволюции городов

Глава VII Законы экологии и деятельности человека

Глава VIII Природоохранное законодательство России

Приложение

Градация приспособлений к плаванию В соответствии с действием экологических факторов изменяется форма тела и функции животных. Организмы приспосабливаются к воз-действию среды, изменяя свою форму, физиологические и биохимиче-ские процессы или же просто уходя от неблагоприятных условий — меняя область своего распространения (ареал). У различных видов здесь возникают различия. Однако многие видовые приспособления оказываются и сходными. Ведь они — ответ организмов, может быть, и различных, но на один и тот же фактор среды.
Рассмотрим влияние некоторых экологических факторов на различ-ные виды животных, увидим их адаптации и тем самым получим неко-торое представление об аутэкологии.

Адаптации к высоким и низким температурам

Животные приспосабливаются не только к высоким или к низким температурам, но приобретают адаптацию даже к температурной динамике среды — к суточному или сезонному колебанию этого физического фактора. Наиболее высокоорганизованные животные используют два источника тепловой энергии — внешний (солнечная энергия) и внутренний (энергия обмена веществ). В зависимости от того, какой источник преобладает, животных делят на три группы: пойкилотермные
, гомойотермные
и гетеротермные
.

Пойкилотермные (холоднокровные) животные занимают низшую ступень развития. Внутренние источники тепла у них очень слабо раз-виты. Способность к терморегуляции поэтому весьма невелика. Темпе-ратура их тела в спокойном состоянии почти не отличается от темпера-туры внешней среды. Однако даже неболь¬шое тепловое воздействие на них оказывает сильное влияние. Так, при температуре воздуха 12°С и прямой солнечной радиации температура тела ящерицы может подняться до 28-36°С. Холоднокровным все же свойственны некоторые формы терморегуляции. С повышением температуры тела у них повышается испарение влаги. Это компенсирует повышение температуры. Кроме того, повысить температуру своего тела они могут интенсивными мускульными движениями. Безусловно, используют эти животные и поведенческие механизмы терморегуляции, переходя в тень для охлаждения или на солнце для согрева. Так, ночной сцинковый геккон бегает по пустыне в поисках пищи, а замерзнув, зарывается на несколько минут в еще не остывший песок.

Гомойотермные (теплокровные) — это почти все виды птиц и мле-копитающих. У них имеются весьма совершенные механизмы терморе-гуляции: химические, физические. Химическая терморегуляция прояв-ляется в изменении интенсивности обмена веществ. Она может возрас-тать и тогда запасенных в организме жиров сжигается больше, если же она падает, то расход жира уменьшается. Физическая же терморегуля-ция основана на различных формах отдачи тепла: излучение с поверх-ности тела, дыхание, испарение. Простой и экономичный способ регу-ляции температуры тела — изменение площади его поверхности (под-робнее об этом поговорим дальше). Другой способ разогрева — дрожь, когда мелкие мышечные сокращения разогревают тело. Очень простая мышечная реакция на похолодание — подъем дыбом волос или перьев, тогда теплоизоляция улучшается. У человека, потерявшего волосы на теле да и почти всю подкожную мускулатуру, это выражается появлением пупырышек на коже (гусиная кожа). Зависит регуляция тепла у высших животных и от их поведения. И жару животные ищут тень, воду, в холод — защиту от ветра (он сдувает тепло с поверхности тела), убежища, многие зимой прячутся в снег.

Гетеротермные животные составляют промежуточную группу меж-ду гомойотермными и пойкилотермными. Сюда относят некото¬рых птиц и примитивных животных (утконос). Кроме того, к ним же причисляют зимоспящих животных в период спячки. Так, например, сурок в актив-ной жизни вполне гомойотермное животное и имеет температуру тела около 37°С. Зимою же, во время спячки, его температура снижается до 6°С. Из птиц — это колибри, которые если не летают, то снижают тем-пературу тела до уровня окружающей среды. К этой же группе относят птенцов некоторых птиц и детенышей млекопитающих, не имеющих постоянной температуры тела. Описана так называемая «мнимая смерть» птенцов. В гнезде в отсутствие родителей они, охладившись, впадают в своеобразное анабиотическое (безжизненное) состояние, температура тела их снижаемся, они теряют способность двигаться. А при возвращении родители отогревают своих детей и те вновь оживают.

Адаптация к снежному покрову

Совершенно особенные приспособления имеют животные и растения к снежному покрову. Снег, наряду с дождем и градом, входит в число атмосферных осадков. Однако он занимает совершенно особое место среди прочих гидрометеофакторов. Своеобразие его в том, что он может образовывать и долгое время сохранять сплошной и глубокий покров. Причем под ним температура оказывается гораздо выше, чем над ним, потому что снег очень хороший теплоизолятор.

С белизной снежного покрова связано сезонное побеление меха не-которых млекопитающих и перьев некоторых птиц. Практически почти все птицы на зиму в наших широтах заметно светлеют, а отдельные ви-ды (белая куропатка) становятся совершенно белыми. Белеют на зиму зайцы, горностаи, ласки.

От сильных морозов, в толще снега спасается множество животных. Получается, что многие мелкие зверьки, такие как мыши и полевки, всю зиму живут в несравненно более мягких условиях, ибо микроклимат под снегом совсем не такой, как над ним. Под снегом прячутся от стужи не только мелкие, но и крупные млекопитающие — бурые медведи и самки белого медведя. Убежищами в толще снега пользуются многие тетере-виные птицы, они делают лунки и в них переживают неблагоприятные условия. Такие животные, как зайцы, лисицы, волки и даже косули и лоси, тоже устраивают себе логовища в снегу.

Передвижение по снегу или в его толще требует специальных мор-фологических приспособлений. Таковы «лыжи» зайца-беляка, его стопа на зиму обрастает снизу особенно густым и жестким мехом. А вот у уз-кочерепной полевки узкая клиновидная голова. Этот зверек, передвига-ясь в толще снега, раздвигает его головой и так прокладывает свои под-снежные ходы.

Под снегом хорошо сохраняется масса зеленых растений. Их добы-ча может быть затруднена из-за толстого снежного покрова или из-за наста. В такие времена проявляется своеобразное со¬трудничество между травоядными животными. Мелкие начинают добывать пищу на местах пастьбы крупных и сильных, снабженных более мощными копытами или пятачками. Так небольшой лесной оленек — кабарга часто питается зимой в местах кормежки кабанов. Вполне обычным такое «сотрудничество» является в тундре у леммингов с северными оленями. Олени разбивают ко¬пытами наст, добираясь до ягеля, а лемминги используют площади с нарушенным настом для своей кормежки.

Наряду с климатическими в жизни организмов большую роль играют и почвенно-грунтовые условия. К ним тоже приходится приспосабливаться. По-гречески почва называется «эдафос», отсюда эдафические
факторы. В почве развивается корневая система растений. Приспособления прежде всего касаются особенностей передвижения в ней. У растений на концах корней появляются корневые чехлики. Они позво-ляют преодолеть сопротивление почвы и не ранить ткани при росте корней. Питание в почве тоже своеобразно. Для него нужны тончайшие корневые волоски, способные проникнуть в почвенные капилляры и высосать оттуда почвенный раствор. Он весьма насыщен солями, и во-лоскам приходится преодолевать значительное осмотическое давление, чтобы перекачать воду в сосуды растения.

Почва служит средой обитания для многих животных. Большое чис-ло видов насекомых и других беспозвоночных всю жизнь проводят в земле. В ней роют свои норы пресмыкающиеся, различные птицы и зве-ри. Известны сложные норы млекопитающих, специализированных к жизни в почве. Это такие специалисты-землекопы, как слепыши, кроты, цокоры. У них появляются морфологические приспособления в виде сложно устроенных передних лап, преобразованных в специальные органы рытья, или зубов. Причем одна и та же функция — рытье земли, способствует появлению похожих приспособлений у очень различных групп животных (как тут не вспомнить Ламарка и его упражнение орга-нов!). Лапка медведки (насекомое из отряда прямокрылых) устроена очень похоже на лапу крота (млекопитающее из отряда насекомояд-ных). У животных, которые роют землю резцами, также появляются сходные приспособления. Губы у них замыкаются за резцами, чтобы при рытье почва не попадала в рот. Такое строение рта наблюдается у слепышей и слепушонок. Для жизни в почве нужно много всяких при-способлений, тут и большая физическая сила, и своеобразная физиоло-гия и биохимия организма. Норное млекопитающее приспособлено к асфиксии (удушье), неминуемой при жизни под землей. Нора такого жи-вотного — это сложное и весьма комфортабельное сооружение. У хомяка, например, имеется несколько гнездовых камер (спальни), кла-довые, специальные уборные, кроме того — отнорки для спасения хозяина, запасные выходы. Среди членистоногих есть настоящие земле-проходцы, которые не роют землю, а путешествуют в ней, не имея при-способлений для рытья. Они используют для своих передвижений трещины, пустоты от сгнивших корешков, галереи нор других животных и, передвигаясь по ним, забираются глубоко под землю. Так в сухое время года многоножки геофилы вслед за дождевыми червями уходят на глубину до полутора метров и обитают там.

Фотопериодизм

Огромную роль в жизни организмов играет фотопериодизм
, поэтому ниже мы целый раздел посвятим описанию особенностей биологических ритмов. Фотопе¬риодизмом называют реакцию организмов на смену дня и ночи. Она проявляется в колебании интенсивности физиологических процессов и изменениях активного состояния организмов. Уже сами факты разделения животных на дневных и ночных, разделения растений на виды короткого и длинного дня наглядно свидетельствуют о сильной зависимости от условий освещения. Закономерное изменение длины светового дня по сезонам года является сигнальным фактором практически для всех организмов. По этому сигналу начинается, например, диапауза у насекомых. Причем выяснено, что диапаузу вызывает именно сокращение светлого времени суток, а не понижение температуры.

Особенно показательны опыты, объясняющие влияние фотопериода на растения. Растения нуждаются в суточно-сменных условиях освеще-ния, начиная со стадии семени и кончая стадиями зацветания и образо-вания семян. Каждая фаза развития требует определенного соотношения света и темноты. Влияние света на время зацветания зависит от того, являются ли эти растения длинно- или короткодневными. Первые скорее зацветают при длинном дне, а вторые — при коротком, то есть одни образуют цветы летом, а другие — под осень Редиска дает корнеплоды только весной или осенью. Она — растение длинного дня, поэтому летом вместо корнеплодов дает цветы.

Изучение фотопериодических реакций высших животных (позво-ночных) также принесло интересные результаты. Так, у пушных зверей осенью развивается густой и пышный меховой покров. Зимой он дости-гает максимума своего развития. Одновременно у многих животных появляется и толстый слой подкожного жира. Традиционно считали, что развитие меха и подкожного жира вызывается снижением тем-пературы окружающей среды. Все естественно — животное мерзнет, и в ответ на это появляется более совершенная теплоизоляция. Однако ока-залось, что сигналом здесь служит не изменение температуры, а изменение длины светового дня. То же и с изменением цвета мехового покрова, например, у зайца. Здесь тоже сигналом явился не выпавший снег, а укороченный день.

На фотопериодической основе покоится и важнейшее сезонное яв-ление в жизни перелетных птиц — их миграции. С перелетами тесно связаны и изменения в организме птицы. Смена оперения, накопление жира под кожей и во внутренних органах — это приспособления к не-благоприятным кормовым и погодным условиям, ожидающим птицу в полете. Сигналом к началу таких изменений служит фотопериод, то есть сокращение длины светового дня и увеличение продолжительности ночи к осени. В лаборатории, изменяя соотношение света и темноты в течение суток, нетрудно привести птицу в такое предмиграционное со-стояние, хотя температурные и кормовые условия будут неизменными.

1. На каких проблемах сосредоточивает свое внимание аутэкология?
2. Какие группы животных можно выделить, сообразуясь с особенностями их термоизоляции?
3. Почему спячку называют анабиозом? А как спит медведь?
4. Какие варианты приспособлений к снежному покрова вы можете назвать?
5. Как обходятся те организмы, которые не могут сломать наст, чтобы доб-раться до корма?
6. Почему под глубоким снегом сохраняется зеленая трава?
7. В чем затруднения при жизни в почве?
8. Какие приспособления могут быть при движении в толще земли?
9. Отгадайте приспособления крота к жизни в почве по внешности этого зверька.
10. Почему белеет заяц? Как он узнаёт, что пора побелеть?
11. Почему зацвела ваша редиска вместо того, чтобы дать корнеплоды?

Ратуры.

Введение: филетическая эволюция.

В ходе экологической дифференциации отщепившаяся от вида популяция может со временем стать новым видом. Заметим, что при этом может продолжать жить и исходный (материнский) вид. Иная судьба складывается у вида, когда среда его обитания медленно, но неуклонно ухудшается. Обычно такое ухудшение касается какого-то одного жизненно важного параметра. Само собой разумеется, что любой вид существует лишь в пределах вполне конкретного диапазона изменения такого параметра и вымирает при выходе среды за эти пределы. Следовательно, выживание при постепенном ухудшении среды должно быть связано с особой формой видообразования, при которой материнский вид прекращает свое существование. Такое видообразование получило название филетического.

На земле в настоящее время существуют миллионы видов животных и растений, значит, существует столько же непрерывающихся филетических линий

(цепей видов-предков). Это ли не свидетельство силы жизни! К сожалению лишь малая часть линий смогла дожить до наших дней. Если бы нам представилась фантастическая возможность подняться из прошлого к настоящему, то в большинстве случаев достичь современности нам бы не удалось. Сплошь да рядом мы натыкались бы на конечные звенья, то есть на виды, которые вымерли. Кроме того, поднимаясь по филетическим цепям, мы бы очень часто встречались с их ветвлением, где перед нами вставала бы проблема выбора маршрута. Такие развилки проще всего трактовать как завершение экологической дифференциаций изолированных популяций.

Вновь возникшие ветви могут опять ветвится, преобразуя филетическую линию в филетический пучок. Судьба филетических линий такого пучка нередко складывается однотипно – на каком-то весьма кратком, с геологической точки зрения, отрезке времени все они могут вымереть. И наоборот, отдельная линия пучка может испытать бурное ветвление, что приведет к возникновению нового пучка – дочернего по отношению к исходному. Процесс расщепления филетических пучков может продолжаться и далее. В итоге, возникает иерархия пучков разного калибра, образовавшихся из одной филетической линии. Такое монофилетическое собрание пучков называется филетической группой.

Говоря о макроэволюции, мы пользуемся широко принятой аналогией между филетической группой и деревом. Развивая ее дальше, можно сравнить филетическое видообразование с ростом ветвей. Правда, в отличие от обычного дерева за этим филогенетическим древом следит «садовник», который время от времени подстригает побеги, лишая ветви способности к дальнейшему росту. Этот «садовник» в своей работе придерживается некоторых правил: во-первых, он подстригает только ветви, расположенные на максимальной высоте, и, во-вторых, этой операции нередко подвергаются все побеги одной крупной ветви, включающей в себя множество более мелких ветвей и веточек.

Ясно, что в качестве «садовника» выступают изменения среды, адаптироваться к которым некоторые филетические линии не смогли, в то время как прирост ветвей и образование боковых побегов – это всегда успешно завершенный процесс адаптации к новым (обычно не благоприятным) условиям среды. Странно пристрастие «садовника» к некоторым крупным ветвям наводит на мысль, что все виды монофилетического таксона наследуют от своего общего предка нечто, определяющее их способность к филетическому выживанию в изменяющейся среде.

Массовые вымирания давно волнуют биологов. Шутка ли, когда в считанные миллионы лет гибнут пучки, представленные тысячами филетических линий. Достаточно вспомнить о гибели наиболее продвинутых по пути прогресса рептилий в конце мелового периода, при чем таких разных, как динозавры на суше, птерозавры в воздухе и ихтиозавры в воде. В конце концов гибель всегда можно как-то объяснить (взрыв сверхновой, падение астероида, массовые извержения вулканов и прочее); не понятно только, почему одни гибнут, а другие, вроде бы не лучше и не хуже, продолжают процветать. Если расцвет млекопитающих и птиц можно объяснить их теплокровностью, то почему вместе с динозаврами не погибли ящерицы и змеи? Почему печальная участь аммоноидей не постигла головоногих моллюсков с внутренней раковиной?

Итак, чем же определяется эволюционная судьба филетических групп?

Происхождение приспособленности у организмов.

Согласно учению Чарльза Дарвина

в условиях естественного отбора выживает самый приспособленный. Следовательно, именно отбор – основная причина возникновения разнообразных приспособлений живых организмов к среде обитания. Покажем это на примере формирования приспособлений у тетеревиных птиц к жизни в нижнем ярусе леса. Для этого вспомним некоторые особенности внешнего строения и образа жизни этих птиц: короткий клюв, позволяющий склевывать ягоды и семена с лесной подстилки, а зимой с поверхности снега; роговые бахромки на пальцах обеспечивающие хождение по снегу, способность спасаться от холода, зарываясь на ночь в снег; короткие широкие крылья, дающие возможность быстро и почти отвесно взлетать с земли.

Допустим, что у предков тетеревиных птиц описанные выше приспособления не были развиты. Однако при изменении среды обитания (в связи с похолоданием или в силу каких-то других обстоятельств) они были вынуждены зимовать в лесу, гнездится и кормится на лесной подстилке.

Непрерывный процесс возникновения новых мутаций, их комбинация при скрещивании, волны численности обеспечивали генетическую гетерогенность популяции. Поэтому птицы отличались друг от друга рядом наследственных признаков: отсутствием или наличием бахромок на пальцах, размерами крыльев, длиной клюва и т.п.

Внутривидовая борьба за существование способствовала выживанию особей, у которых признаки внешнего строения больше соответствовали условиям обитания. В процессе естественного отбора именно эти птицы оставляли плодовитое потомство и численность их в популяции возрастала.

Птицы нового поколения вновь несли разнообразные мутации. Среди мутаций могли быть и такие, которые усиливали проявление отобранных ранее признаков. Обладатели этих признаков вновь имели больше шансов выжить и оставит потомство. И так из поколения в поколение на основе усиления, накапливания полезных наследственных изменений совершенствовались черты приспособленности тетеревиных птиц к жизни в нижнем ярусе леса.

Объяснение возникновения приспособленности, данное Чарльзом Дарвином, в корне отличается от понимания этого процесса Жаном Батистом Ламарком

, который выдвинул идею о врожденной способности организмов изменятся под влиянием среды только в полезную для них сторону. У всех известных ежей острые колючки надежно защищают их от большинства хищников. Трудно представить, что образование таких колючек вызвано прямым влиянием среды. Только действием естественного отбора можно объяснить возникновение такого приспособления: далеким предкам ежа могло бы помочь выжить даже незначительное огрубление волос. Постепенно, в течение миллионов поколений, оставались в живых только те особи, которые случайно оказывались обладателями все более и более развитых колючек. Именно им удалось оставить потомство и передать ему свои наследственные особенности. По этому же пути возникновения иголок вместо волос пошли мадагаскарские «щетинистые ежи» — тенреки и некоторые колючешерстные виды мышей и хомяков.

Рассматривая другие примеры адаптации в живой природе (появление колючек у растений, различных зацепок, крючков, летучек у семян растений в связи с распространением их животными), мы можем предположить, что механизм их возникновения общий: во всех случаях приспособления возникают не сразу в готовом виде как нечто данное, а длительно формируются в процессе эволюции посредством отбора особей, имеющих признак в наиболее выраженной форме.

Примеры адаптаций.

Соответствие строения органов выполняемым функциям (например, совершенство летательного аппарата птиц, летучих мышей, насекомых) всегда обращало на себя внимание человека и побуждало исследователей использовать принципы организации живых существ при создании многих машин и приборов. Не меньше поражают воображение гармоничные взаимоотношения растений и животных со средой обитания.

Факты, свидетельствующие о приспособленности живых существ к условиям жизни, столь многочисленны, что не представляется возможным дать сколько нибудь полное их описание. Приведем лишь некоторые яркие примеры приспособительной окраски?

Для защиты яиц, личинок, птенцов особенно важна покровительственная окраска

. У открыто гнездящихся птиц (глухарь, гага, тетерев) самка, сидящая на гнезде почти неотличима от окружающего фона. Соответствует фону и пигментированная скорлупа яиц. Интересно, что у птиц, гнездящихся в дупле, самки нередко имеют яркую окраску (синицы, дятлы, попугаи).

Удивительное сходство с веточками наблюдается у палочников. Гусеницы некоторых бабочек напоминают сучки, а тело некоторых бабочек – лист. Здесь покровительственная окраска сочетается с покровительственной формой тела. Когда палочник замирает, то даже с близкого расстояния трудно обнаружить его присутствие – настолько сливается он с окружающей растительностью. Всякий раз, попадая в лес, на луга, в поле, мы даже не замечаем, как много насекомых скрывается на коре, листьях, в траве.

У зебры и тигра темные и светлые полосы на теле совпадают с чередованием тени и света окружающей местности. В этом случае животные малозаметны даже на открытом пространстве с расстояния 50-70 м. Некоторые животные (камбала, хамелеон) способны даже к быстрому изменению покровительственной окраски благодаря перераспределению пигментов в хроматофорах кожи. Эффект покровительственной окраски повышается при ее сочетании с соответствующим поведением: в момент опасности многие насекомые, рыбы, птицы замирают, принимая позу покоя.

Очень яркая предостерегающая окраска (обычно белая, желтая, красная, черная) характерна для хорошо защищенных ядовитых жалящих форм. Несколько раз попытавшись отведать клопа-«солдатика», божью коровку, осу птицы в конце концов отказываются от нападения на жертву с яркой окраской.

Интересные примеры адаптации связанны с мимикрией

(от греческого мимос – актер). Некоторые беззащитные и съедобные животные подражают видам, которые хорошо защищены от нападения хищников. Например, некоторые пауки напоминают муравьев, а осовидные мухи внешне схожи с осами.

Эти и многие другие примеры говорят о приспособительном характере эволюции.

Относительность приспособленности.

В додарвиновский период развития биологии приспособленность живых существ служила доказательством бытия божия: без всемогущего творца сама природа не смогла бы так разумно устроить живые существа и так мудро приспособить их к среде. Господствовало мнение, что каждое отдельное приспособление абсолютно, так как соответствует определенной цели, заложенной творцом: ротовые части бабочки вытянуты в хоботок, чтобы она смогла ими достать нектар, спрятанный в глубине венчика; толстый стебель кактусу необходим для запасания воды и др.

Приспособленность организмов к среде выработана в процессе длительного исторического развития под действием естественных причин и не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания часто изменяются быстрее, чем формируются приспособления. Соответствуя конкретной среде обитания, приспособления теряют свое значение при ее изменении. Доказательством относительного характера приспособленности могут быть следующие факты:

· защитные приспособления от одних врагов оказываются не эффективными от других (например, ядовитых змей, опасных для многих животных, поедают мангусты, ежи, свиньи);

· проявление инстинктов у животных может оказаться нецелесообразным (ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но так же летят и на огонь, хотя и гибнут при этом);

· полезный в одних условиях орган становится бесполезным и даже относительно вредным в другой среде (перепонки между пальцами у горных гусей, которые никогда не опускаются на воду);

· возможны и более совершенные приспособления к данной среде обитания. Некоторые виды животных и растений быстро размножались и широко распространялись в совершенно новых для них районах земного шара, куда были случайно или намеренно завезены человеком.

Таким образом, относительный характер приспособленности противоречит утверждению об абсолютной целесообразности в живой природе.

Список литературы.

· «Эволюция органического мира» Н.Н. Воронцов, Л.Н. Сухорукова;

· «Эволюция и прогресс» В.А. Бердников;

· «Игра жизни» М. Эйген, Р. Винклер;

· «Теория эволюции» Н.Н. Воронцов;

· «Принципы эволюции» П. Кейлоу.