Приспособленность организмов и ее относительный характер. Механизм возникновения приспособлений к среде обитания у животных и растений Примеры относительных приспособлений

Жизненный цикл - период развития насекомого от яйца до половозрелого состояния называется жизненным циклом, или генерацией Продолжительность развития насекомых в любой их фазе в известной мере зависит от климата и погодных условий мест., в которой они обитают.

Диапауза - потребности организма насекомых в тепле и пище не могли быть удовлетворены, явилось причиной формирования различных приспособлений к этим условиям среды. Такими приспособлениями служат замедления и перерывы в развитии, вызываемые торможением обмена и переходом насекомого из состояния активности в состояние покоя разной глубины и продолжительности. Самым глубоким состоянием физиологического торможения обмена веществ является диапауза, представляет собой специальное приспособление в жизненном цикле насекомых. Она может наступать на всех фазах развития насекомых. В соответствии с этим различают диапаузу эмбриональную (на фазе яйца)листовертки, личиночную (на фазе личинки), куколочную (на фазе куколки)пяденицы и имагинальную - (на фазе имаго) листоеды. Жизнедеятельность организма во время диапаузы обеспечивается за счет жировых отложений: особых жиробелковых гранул и гликогена.

Различают диапаузу обязательную, или облигатную, и необязательную, или факультативную.

Обязательная диапауза обеспечивает прохождение в течение года только одной генерации. у непарного шелкопряда, дубовой зеленой листовертки Она создает условия для весеннего питания молодыми листьями, содержащими большое количество необходимых питательных веществ При диапаузе происходят скрытые процессы физиологической перестройки, в конечном итоге приводящие к восстановлению способности к активному развитию. Этот процесс получил название реактивации.

Одним из широко распространенных механизмов реактивации является воздействие пониженных температур.

Защитные приспособления насекомых

Насекомым свойствен целый ряд биологических особенностей, знание которых необходимо. К их числу относятся защитные приспособления и общественный образ жизни. Среди защитных приспособлений различают активную защиту и отпугивание, мимикрию и криптизм. Пчелы и осы особенно широко распространено среди лесных насекомых явление покровительственной окраски и формы. гусеницы пядениц. Некоторые группы высших перепончатокрылых и термиты ведут так называемый общественный образ жизни. Итак, в целом полиморфизм является одной из форм приспособления насекомых к внешней среде, выработанной в процессе естественного отбора.

Среди защитных приспособлений различают активную защиту и отпугивание, мимикрию и криптизм.

Пчелы и осы используют жало для активной защиты и нападения. Жужелицы выбрасывают ядовитую жидкость из анального отверстия. Очень эффективно выбрасывание богомолом крови в виде пены. Бабочка ночной павлиний глаз сидит со сложенными крыльями, а при приближении птиц раскрывает их и “угрожает” четырьмя громадными глазчатыми пятнами. Так же поступает глазчатый бражник и ряд других бабочек. Лжегусеницы соснового пилильщика с приближением опасности одновременно изгибают тело, принимая S-образную форму. Отпугивающей окраской обладают кокцинеллиды, бабочки-пестрянки и многие другие насекомые. Их окраска, обычно состоящая из сочетания резких контрастных тонов, “пугает” врага, когда он приближается.

Другим защитным приспособлением у насекомых является мимикрия. Ряд насекомых, лишенных надежных форм защиты, имеет вид, напоминающий других, более вооруженных средствами защиты. Насекомое, которому подражает другое, называется моделью, а самое явление подражания - мимикрией. Примером может служить бабочка-стеклянница, подражающая осе, шершню или пчеле. Мимикрия очень распространена среди этого семейства, поэтому многие его представители получили названия пчеловидная, осовидная, муравьевидная стеклянницы и т. д.

Особенно широко распространено среди лесных насекомых явление покровительственной окраски и формы. Криптизм (крипто - скрытый) состоит в том, что насекомые имитируют предметы окружающей обстановки и потому становятся незаметными на фоне своего местообитания. Криптическая внешность не дает полной гарантии сохранения, но помогает особи в борьбе за жизнь. Так, гусеницы пядениц часто имитируют сухие сучки на деревьях, богомолы и кузнечики имеют окраску под цвет зеленой травы на лугах, крылья у соснового шелкопряда трудно отличить на фоне коры соснового ствола, а совка-ленточница почти незаметна на коре дуба. Иногда различные темные и светлые пятна на плоском крыле бабочки похожи на впадины и выпуклости. Тропическая бабочка-каллима, или бабочка-лист, замечательно имитирует таковой, когда сидит в состоянии покоя со сложенными крыльями. Окраска, форма и поза покоя координированы и составляют целую систему или криптому. Все описанные выше защитные приспособления были в свое время использованы Дарвином при доказательстве естественного отбора и широко известны в биологии.

Некоторые группы высших перепончатокрылых и термиты ведут так называемый общественный образ жизни. Они живут крупными семьями. Главное при таком образе жизни - развитие полиморфизма, когда существует несколько внешне различающихся форм одного итого же вида. Эти формы, как правило, приспособлены к выполнению своих особых функций в популяциях или семьях видов. Обычно в одной семье имеются самки, самцы и рабочие. В семье имеется одна или несколько половозрелых самок, называемых матками. Основную массу семьи составляют неполовозрелые самки, называемые рабочими. Самцы присутствуют в семье чаще всего только в период спаривания самок. Матка обычно откладывает огромное число яиц. Воспитание потомства поручается рабочим. Все общественные насекомые строят сложные гнезда.

Механизм полиморфизма у общественных насекомых весьма сложен. Здесь оказывают влияние обмен пищей между всеми членами семьи (трофотаксис), при котором разносятся телергоны, выделяемые самкой и тормозящие развитие половых желез у рабочих особей, а также направленное воспитание личинок и ряд других воздействий.

Вопрос 1. Приведите примеры приспособленности организмов к условиям существования на основании собственных наблюдений.

В ходе эволюции организмы приобретают различные свойства, позволяющие им более успешно приспосабливаться к условиям обитания. Например, мех животных севера (песцов, медведей) имеет белую окраску, делая их практически незаметными на фоне снега. Насекомые, питающиеся цветочным нектаром, имеют строение и длину хоботка, идеально подходящие для этого. Ласты тюленей, преобразованные из лап их сухопутных предков, прекрасно приспособлены к передвижению в воде. Жирафы живут в саванне и поедают листья деревьев на большой высоте, в чем им помогает длинная шея.

Таких примеров можно привести множество, так как каждое живое существо обладает большим количеством признаков, приобретенных в процессе приспособления к конкретным условиям обитания.

Вопрос 2. Почему у некоторых животных яркая, демаскирующая окраска, а у других, наоборот, покровительственная?

Двум типам окраски соответствуют два варианта стратегии поведения. При одном из них животное стремится остаться незамеченным, пытаясь избежать встречи с хищником или подкрадываясь к жертве. Для этого используется покровительственная окраска, позволяющая сливаться с фоном. С другой стороны, животные, которые являются опасными или ядовитыми, часто всячески это подчеркивают. Они используют яркую демаскирующую окраску, предостерегающую: "не ешь меня". Кроме ядовитых организмов, эту стратегию применяют мимикрирующие под них безобидные виды. Организмы могут иметь демаскирующую окраску и по совершенно иной причине - в связи со стремлением привлечь партнера для размножения (яркая окраска многих самцов птиц, рыб, рептилий, бабочек и т. д.). В этом случае задача продолжения рода приходит в противоречие с инстинктом самосохранения, но оказывается для организма более значимой.

Вопрос 3. В чём сущность мимикрии? Сравните мимикрию и маскировку. В чём их принципиальные отличия? Чем они схожи?

Сущность мимикрии (от греч. mimikos - подражательный) заключается в том, что безобидные животные в процессе эволюции приобретают сходство с опасными (ядовитыми) видами. Это позволяет им избегать нападения хищников. Примером служат некоторые неядовитые змеи: существует вид полоза, который расцветкой похож на смертельно опасного аспида и отличается от него лишь чередованием полос. Кроме окраски мимикрирующие животные обладают характерным поведением: мухи-журчалки ведут себя подобно осам, имитируя агрессию.

Вопрос 4. Распространяется ли действие естественного отбора на поведение животных? Приведите примеры.

Естественный отбор влияет не только на внешние признаки организма, но и на поведение. Это относится, прежде всего, к врожденным (инстинктивным) формам поведения. Такие формы очень разнообразны: способы добывания пищи, проявления страха и агрессии, половое поведение, родительское поведение и т. д. Паук плетет сеть, пчела строит соты, кошка в момент опасности принимает угрожающую позу, бурундуки делают запасы и впадают в спячку на зиму и т. д. Очень сложны брачные ритуалы, строгое следование которым является для животных одним из путей предотвращения межвидового скрещивания.

Вопрос 5. Каковы биологические механизмы возникновения приспособительной (скрывающей и предупреждающей) окраски у животных?

Биологическим механизмом, обеспечивающим возникновение приспособительной окраски, является естественный отбор. В процессе эволюции в популяции, которая в силу разнообразия генофонда отличалась очень широким спектром окраски, преимущественно выживали и оставляли потомство те особи, которые были менее заметны на фоне окружающей среды. В результате доля соответствующих генотипов постоянно росла. В дальнейшем данный фенотип, а следовательно, и генотип закреплялся в популяции с помощью стабилизирующего отбора. В случае предостерегающей окраски происходили аналогичные процессы. Например, птицы исходно легче находят и поедают ярких насекомых. Если эти насекомые оказываются ядовитыми, то птицы быстро обучаются их не трогать и предпочитают более скромно окрашенную добычу. Тем самым особи с яркой окраской, которую легко идентифицировать как ядовитую, сохраняются и оставляют потомство. Со временем данный признак закрепляется в популяции.

Вопрос 6. Существуют ли живые организмы, не имеющие приспособительных особенностей строения? Ответ обоснуйте.

Адаптация –совокупность особенностей строения, физиологии и поведения живых организмов к конкретным условиям, в которых они могут нормально существовать и оставлять потомство.

Возникновение приспособленности к среде - основной результат эволюции. Поэтому эволюцию можно рассматривать как процесс возникновения приспособлений или адаптаций.

Организмы не сумевшие приспособиться к окружающему миру вымерли.

Многие пернатые освоили наземно-воздушную среду обитания. Приспособление птиц к полету стало возможным из-за многих изменений во внешнем виде и внутреннем строении.

Основные признаки приспособления птиц к полету

Двойное дыхание.
Летательные мышцы содержат большое количество миоглобина.
Перьевой покров.
Легкий скелет.
Развита кровеносная система.
Быстрый обмен веществ.
Видоизменение передних конечностей в крыльях.
Обтекаемая форма тела.
Есть специальная кость — киля.
Теплокровность.
Один яичник.
Уменьшено количество костей.
Увеличен мозжечок.
Хорошо развитая нервная система.

Как птицы приспособлены к полету?

У птиц легкие не имеют возможности расширяться или сжиматься, как у людей. Воздушные мешки выполняют всю эту работу. При вдохе и при выдохе через легкие птицы движется свежий воздух, который запасается в мешках. По этой причине дыхание у птиц называется «двойным». Чтобы запастись достаточным количеством кислорода, у птиц летательные мышцы содержат много миоглобина.

Внутреннее строение птицы схема

Птицы вынуждены много питаться, чтобы получать большое количество энергии. У них очень хорошо развита кровеносная и дыхательная система. Среднее давление пернатых составляет около 130 мм рт. ст., в то время, как у млекопитающих она всего — 95 мм рт. ст.

У птиц очень быстрый обмен веществ, температура тела достигает от 40 до 42 градусов. Высокая температура тела значительно влияет на все процессы жизнедеятельность, также сокращение мышц происходит в разы быстрее.

В большой мере, крупные мышцы, двигающие конечности, расположены на теле, а к ним уже идут сухожилия.

Птицы пережевывают свою еду в желудке, поэтому все жевательные процессы расположены внутри тела, что улучшает их аэродинамику.

Пернатые имеют перья, которым не нужны кровеносные сосуды, они слишком легкие и мягкие. Также помимо всего этого у птиц легкий скелет, который наполнен воздухом. А для лучшей координации движений был увеличен мозжечок.

Приспособление птиц к среде обитания

В зависимости от места обитания внешнее строение пернатых сильно видоизменено. К примеру, дятел имеет клюв, который похож на долото. Он использует его, чтобы доставать насекомых и личинок из коры деревьев. Вдобавок у него слишком длинный липкий язык и острые когти, которые позволяют ему выполнять все необходимые задачи для продолжения жизнедеятельности.

Птицы, которые живут в водоемах, тоже имеют некоторые изменения. У них есть короткие нижние конечности с плавательными перепонками и сплошной перьевой покров. Пернатые, обитающие в пустынях и степях обладают защитной окраской перьев, у них прекрасное зрение и сильные ноги.

Страусообразные птицы населяют Африку. Они не могут летать, так как у птиц недоразвиты крылья, однако хорошо развиты ноги. Птицы могут развивать скорость до 70 км/ч, их вес составляет 50-90 кг, а рост около 2,5-2,7 метров. Обитают страусообразные в саваннах, пустынях, степях.

Статья по теме —

Хищные птицы имеют большой изогнутый клюв, который используют для разрыва добычи на мелкие кусочки. Имея мощные острые когти, они цепляются в добычу, после чего наносят им смертоносные ранения или переносят пищу к себе в гнездо. Хищники могут долго парить в воздухе, у них отличное острое зрение и прекрасный слух.

Благодаря отбору выживают организмы, наилучшим образом приспособленные к окружающим их условиям, но всегда приспособления имеют относительный характер. Достаточно незначительных изменений в окружающей среде, как то, что было полезным в прежних условиях, теряет свое приспособительное значение.

Примеры относительных приспособлений

Уссурийский тигр имеет покровительственную окраску, хорошо скрывающую его в зарослях летом, но зимой, после, того, как выпадает снег окраска демаскирует хищника. С наступлением осени заяц-беляк линяет, но если выпадение снега задерживается, то побелевший заяц на темном фоне обнаженных полей становится хорошо заметным.

Признаки организма даже в тех условиях, в которых они сохранились отбором, никогда не достигают абсолютного совершенства. Так, яйцо аскариды хорошо защищено от воздействия ядов, но быстро погибает от недостатка влаги и от высокой температуры.

Ядовитые железы - надежная защита многих животных, но яд каракурта, смертельный для верблюдов и крупного рогатого скота, безопасен для овец и свиней. Гадюка не представляет опасности для ежа.

Стебли молочая не поедаются травоядными млекопитающими, но остаются беззащитными против гусениц молочайного бражника и т.д. Отбор всегда имеет широкое поле деятельности для дальнейшего совершенствования приспособлений.

Если условия изменяются, то приспособления, ранее бывшие целесообразными, перестают быть таковыми. Тогда появляются новые приспособления, а формы, которые прежде были «целесообразными», вымирают.

Рассмотрите рисунки 158-163. В чем заключаются приспособления у изображенных на рисунках организмов к условиям обитания? Подумайте, сохранятся ли эти приспособления у организмов, если условия их обитания изменятся.

Все организмы обладают разнообразными приспособления к условиям обитания. Эти приспособления развиваются в процессе эволюции в два этапа. Вначале у организмов вследствие мутационной и комбинативной изменчивостей появляются новые признаки. Затем эти признаки испытываются естественным отбором на их соответствие условиям среды.

Примеры приспособлений организмов. Примеры приспособлений организмов к условиям обитания столь многочисленны, что описать их все практически невозможно. Приведем лишь некоторые примеры.

Рис. 158. Покровительственная окраска у животных: 1 - сплошная окраска зимнего оперения у тундровой куропатки; 2 - расчленяющая окраска у оленей-аксисов

К морфологическим приспособлениям относят, встречающиеся у разных организмов, различные типы покровительственной, предостерегающей окраски, маскировки и средств пассивной защиты.

Покровительственная окраска развивается у особей, живущих открыто, что делает их менее заметными на окружающем фоне. Такая окраска бывает сплошной (белый цвет оперения у тундровой куропатки зимой), если окружающий фон однородный, либо расчленяющей (светлые и темные точки на шкуре оленей-аксисов), если на окружающем фоне чередуются пятна света и тени (рис. 158). Эффект покровительственной окраски усиливается соответствующим поведением животного. В момент опасности они затаиваются, что делает их еще менее заметными на окружающем фоне.

Предостерегающая окраска развивается у особей, имеющих химические средства защиты от врагов. К ним относят, например жалящих или ядовитых насекомых, несъедобные или обжигающие растения. В процессе эволюции у них выработались не только ядовитые химические вещества, но и яркая, обычно красночерная или желточерная окраски (рис. 159). Некоторые животные с предостерегающей окраской в момент опасности демонстрируют хищнику яркие пятна, принимают угрожающую позу, чем приводят врага в замешательство.

Рис. 159. Предостерегающая окраска у лягушек-древолазов

Маскировка - защита, которой служит не только окраска, но и форма тела. Различают два типа маскировки. Первый заключается в том, что маскирующийся организм по своему внешнему виду напоминает какой-либо предмет - лист, сучок, камень и т. п. Такой тип маскировки широко встречается у насекомых: палочников, клопов и гусениц бабочек пядениц (рис. 160).

Рис. 160. Маскировка у клопов-листотелок

Второй тип маскировки основан на подражательном сходстве незащищенных организмов с защищенными. Так, безобидные бабочки-стеклянницы окраской брюшка напоминают жалящих насекомых - ос, поэтому насекомоядные птицы их не трогают (рис. 161).

Рис. 161. Маскировка у бабочки-стеклянницы

Средства пассивной защиты увеличивают вероятность сохранения организма в борьбе за существование. Например, панцири черепах, раковины моллюсков, иглы ежей защищают их от нападения врагов. Шипы на стеблях розы и колючки у кактусов препятствуют поеданию этих растений травоядными млекопитающими (рис. 162).

Рис. 162. Средства пассивной защиты у кактуса-опунции

Физиологические приспособления обеспечивают устойчивость организмов к изменению температуры, влажности, освещенности и других условий неживой природы.

Так, при понижении температуры окружающего воздуха у земноводных и пресмыкающихся в организме понижается уровень обмена веществ и наступает зимний сон. У птиц и млекопитающих, наоборот, при понижении температуры окружающего воздуха обмен веществ в организме усиливается, что увеличивает теплопродукцию. Развивающийся при этом густой перьевой, шерстный покров и подкожный слой жира препятствует потере организмом тепла (рис. 163).

Рис. 163. Зимний мех белки отличается густым подшерстком

Поведенческие приспособления встречаются только у животных с высокоразвитой нервной системой. Они представляют собой различные формы поведения, направленные на выживание как отдельных особей, так и вида в целом.

Все поведенческие приспособления можно разделить на врожденные и приобретенные. К врожденным относят, например брачное поведение, защиту и выкармливание потомства, избегание хищников, миграции. Так, львица при вылизывании своих детенышей запоминает их запах. Этот же процесс пробуждает у нее потребность защищать львят от врагов (рис. 164, 1).

Рис. 164. Поведенческие приспособления организмов: 1 - львица, вылизывающая львят; 2 - макаки японские, греющиеся в горячем источнике; 3 - водоплавающие птицы, зимующие на незамерзающем водоеме в городе

Важную роль в жизни животных играют и приобретенные поведенческие приспособления. Например, самый северный вид обезьян - макак японский, встречающийся на севере Японии, перешел к снежно-водному образу жизни (рис. 164, 2). Зимой при наступлении более сильных морозов эти обезьяны спускаются с гор к горячим источникам, где греются в теплой воде. Другой наглядный пример. В крупных городах средней полосы России изменилось поведение перелетных птиц. Так, некоторые водоплавающие птицы перестали улетать на зимовку в теплые края. Они собираются в большие стаи на незамерзающих водоемах, где всегда есть необходимая пища (рис. 164, 3).

Относительная целесообразность приспособлений. Все приспособления у организмов вырабатываются в конкретных условиях их среды обитания. Если условия среды меняются, приспособления могут утратить свое положительное значение, иными словами, они обладают относительной целесообразностью.

Существует множество доказательств относительной целесообразности приспособлений: защита организма от одних врагов оказывается неэффективной от других; поведение организма может стать бессмысленным; полезный в одних условиях орган оказывается бесполезным в других. Например, камышевка, благодаря родительскому инстинкту, выкармливает кукушонка, вылупившегося из яйца, подброшенного в гнездо кукушкой (рис. 165).

Рис. 165. Относительная целесообразность приспособлений организмов - камышевка, выкармливающая кукушонка

Итак, основным результатом действия движущих сил эволюции является появление у организмов новых и совершенствование имеющихся приспособлений. Поскольку условия существования организмов изменяются, абсолютных приспособлений в природе не бывает, и процесс их появления бесконечен. У особей, относящихся к одному виду, различия в имеющихся приспособлениях незначительны. Закрепление же этих различий в условиях изоляции, приводит к появлению новых видов, т.е. к видообразованию.

Упражнения по пройденному материалу

Как возникают приспособления у особей к среде обитания?
В чем проявляется относительная целесообразность приспособлений? Ответ проиллюстрируйте примерами.
Могут ли у организмов в ходе длительной эволюции возникнуть абсолютные, т. е. совершенные, приспособления? Ответ аргументируйте.