Организмы в течение жизни испытывают влияние факторов, сильно удаляющихся от оптимума. Им приходится переносить жару, засуху, морозы, голод. Приспособления.
1. анабиоз (мнимая смерть). Почти полная остановка обмена веществ. – мелкие организмы. При анабиозе организмы теряют до ½ или даже ¾ заключённой в тканях воды У беспозвоночных часто наблюдается явление диапаузы – пережидание неблагоприятных температурных условий, остановившись в своём развитии (стадия яйца, куколки у насекомых и т.д.).
2. скрытая жизнь. Высшие растения не могут выжить, если клетка высохнет. Если частичное обезвоживание – выживет. (зимний покой растений, спячка животных, семена в почве,
3. Постоянство внутренней среды, несмотря на колебания внешней среды. Постоянная температура тела, влаги (кактусы). Но много тратится энергии.
4. Избегание неблагоприятных условий. (гнезда, зарываются в снег, перелет птиц)
Примеры: Семена лотоса в торфе 2000лет., бактерии в льдах Антарктиды. У пингвинов температура 37-38, у северных оленей 38-39. кактусы. Мокрицы в Среднеазиатских сухих степях, Суслик серцебиение 300 ударов и 3.
Эволюционная адаптация
Виды адаптации:
Морфологические (защита от вымерзания: эпифиты – растут на других растениях, фанерофиты- почки защищены яешуйками (деревья, кустарники), криптофиты почки в почве, терофиты – однолетние растения. У животных – запасы жира, масса.
Физиологическая адаптация . : акклиматизация, высвобождение воды из жиров.
Поведенческая – выбор предпочтительного положения в пространстве.
Физическая – регулирование теплоотдачи. Химическая – поддержание температуры тела.
Эволюционная адаптация растений и животных к разным факторам среды легла в основу классификации видов.
1) По отношению к физическиме факторам среды
а) влияние температуры на организмы
Пределами толерантности для любого вида являются минимальная и максимальная летальные температуры. Большинство живых существ способно жить при температуре от 0 до 50ºС, что обусловлено свойствами клеток и межклеточной жидкости. Адаптация животных к температуре среды шла в 2 направлениях:
– пойкилотермные животные (холоднокровные) – их температура тела меняется в широких пределах в зависимости от температуры окружающей среды (беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся). Их приспособлением к изменениям температуры является впадение в анабиоз.
– гомойотермные животные (теплокровные) – животные, имеющие постоянную температуру тела (птицы (около 40ºС) и млекопитающие, в том числе человек (36–37ºС)). Гомойотермные животные могут выдерживать температуру ниже 0ºС. Для этих организмов характерно явление теплорегуляции .
Теплорегуляция (терморегуляция) – способность человека, млекопитающих и птиц поддерживать температуру мозга и внутренних органов в узких определённых границах, несмотря на значительные колебания температуры внешней среды и собственную теплопродукцию.При перегревании – происходит расширение кожных капилляров, и с поверхности тела происходит теплоотдача,– увеличивается потоотделение, за счёт испарения температура тела охлаждается (человек, обезьяны, непарнокопытные),– у непотеющих животных происходит тепловая одышка (испарение влаги происходит с поверхности ротовой полости и языка).При охлаждении– происходит сужение кожных сосудов, теплоотдача от них уменьшается,– поднимаются перья и волосы и шерсть на поверхности тела, в результате увеличивается воздушная прослойка между ними, являющаяся теплоизолирующей.
Кроме того, для теплокровных животных характерны постоянные приспособления к повышенным или пониженным температурам:
1) Варьирование размеров тела. В соответствии с правилом Бергмана : у теплокровных животных размер тела особей в среднем больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала распространения вида. Это связано с уменьшением отношения:
Чем меньше это отношение, тем меньше теплоотдача.
2) Наличие шерстного и перьевого покрова. У животных, живущих в более холодных областях, увеличивается количество подшерстка, пуха, пуховых перьев у птиц. В условиях сезонности возможна линька, когда в зимнем шерстном покрове больше пуха и подшёрстка, а в летнем – только остевые волосы.
3) Жировая прослойка. Является теплоизолирующей. Особенно распространена у морских животных, обитающих в холодных морях (моржи, тюлени, киты и т.д.)
4) Жировой покров . Покров перьев водоплавающих птиц специальным водонепроницаемым покровом, препятствующим проникновению воды и слипанию перьев, т.е. сохраняется воздушная теплоизолирующая прослойка между перьями.
5) Зимняя спячка. Спячка – состояние пониженной жизнедеятельности и обмена веществ, сопровождающееся торможением нервных реакций. Перед впадением в спячку животные накапливают в организме жир и укрываются в убежищах. Спячка сопровождается замедлением дыхания, сердцебиения и др. процессов. Температура тела снижается до 3–4ºС. Некоторые животные (медведи) сохраняют нормальную t тела (это зимний сон ). В отличие от анабиоза холоднокровных животных, во время спячки теплокровные животные сохраняют способность контролировать физиологическое состояние с помощью нервных центров и поддерживать гомеостаз на новом уровне.
6) Миграции животных (характерны для и теплокровных, и холоднокровных) – сезонное явление. Примером являются перелёты птиц.
Адаптация растений к температуре. Большинство растений может существовать при температуре от 0 до 50ºС. Однако активная жизнедеятельность осуществляется при температурах от 10 до 40 ºС. В этом диапазоне температур может происходить фотосинтез. Вегетационный период растений – период со среднесуточными температурами выше +10ºС.
По способу адаптации к изменениям температуры растения делятся на 3 группы:
– фанерофиты (деревья, кустарники, лианы) – сбрасывают все зелёные части на холодный период, а их почки остаются зимой над поверхностью снега и защищаются покровными чешуйками;
– криптофиты (геофиты) – также теряют всю видимую растительную массу на холодный период, сохраняя почки в клубнях, луковицах или корневищах, скрытых в почве.
– терофиты – однолетние растения, отмирающие с наступлением холодного сезона, выживают лишь семена или споры.
б) влияние освещённости на организмы
Свет – это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Свет участвует в фотосинтезе, обеспечивая создание органических соединений из неорганических веществ растительностью Земли. Поэтому влияние света в большей степени важно для растений. В фотосинтезе участвует часть спектра (от 380 до 760 нм) – область физиологически активной радиации.
По отношению к освещённости выделяются 3 группы растений:
– светолюбивые – для таких растений оптимумом является яркий солнечный свет – травянистые растения степей и лугов, древесные растения верхних ярусов.
– тенелюбивые – для этих растений оптимумом является слабая освещённость – растения нижних ярусов таёжных ельников, лесостепных дубрав, тропических лесов.
– теневыносливые – растения, имеющие широкий диапазон толерантности к свету и могут развиваться как при яркой освещённости, так и в тени.
Свет имеет большое сигнальное значение и является основой фотопериодизма.
Фотопериодизм – это реакция организма на сезонные изменения длины дня. От фотопериодизма зависит время зацветания и плодоношения у растений, начало периода спаривания у животных, время начала миграции у перелётных птиц. Фотопериодизм широко используется в с/х.
в) влияние условий увлажнения на организмы
Условия увлажнения зависят от двух факторов:– количество осадков; – испаряемость (количество влаги, которое может испариться при данной температуре)
По отношению к влаге все растения делятся на 4 группы:
– гидатофиты – водные растения целиком или большей частью погруженные в воду. Они могут быть прикреплены корнями к грунту (кувшинка), другие не прикреплены (ряска);
– гидрофиты – водные растения, прикреплённые к почве и погруженные в воду только нижними своими частями (рис, рогоз);
– гигрофиты – растения влажных местообитаний. Не имеют приспособлений, ограничивающих расход воды (травянистые растения лесной зоны);
– мезофиты – растения, переносящие незначительную засуху (большинство древесных растений, злаковые растения степей);
– ксерофиты – растения сухих степей и пустынь, имеющие приспособления к недостатку влаги:
а) склерофиты – растения с большой корневой системой, способной всасывать влагу из почвы с большой глубины, и с мелкими листьями или листьями, преобразованными в колючки, что способствует снижению площади испарения (верблюжья колючка);
б) суккуленты – растения, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях (кактусы, молочаи).
– эфемеры – растения, проходящие свой жизненный цикл за очень короткий срок (период дождей или таяния снегов) и к периоду засухи образующие семена (маки, ирисы, тюльпаны).
Приспособления животных к засухе:
– поведенческие способы (миграция) – характерны для животных саванн в Африке, Индии, Южной Америке;
– образование защитных покровов (раковины улиток, роговые покровы рептилий);
– впадение в анабиоз (рыбы, земноводные в африканских и австралийских пересыхающих водоёмах);
– физиологические способы – образование метаболической воды (воды, образующейся в результате обмена веществ за счёт переработки жиров) – верблюды, черепахи, овцы.
г) влияние движения воздуха на организмы. Движение воздушных масс может быть в виде их вертикального перемещения – конвекции, или в виде ветра, т. е. горизонтального перемещения. Движение воздуха способствует расселению спор, пыльцы, семян, микроорганизмов. Анемохоры – приспособления для распространения ветром (парашутики одуванчика, крылья семян клёна и т.д.). Угнетающее действие ветер может оказывать на птиц и других летающих животных
д) влияние движения воды на организмы. Основные виды движения воды – волны и течения.В зависимости от скорости течения:
– в спокойных водах – у рыб сплюснутое с боков тело (лещ, плотва)
– в быстротекущих водах – тело рыб округлое в сечении (форель).
Вода – плотная среда, поэтому в целом все водные животные имеют обтекаемую форму тела: как рыбы, так и млекопитающие (тюлени, киты, дельфины), и даже моллюски (кальмары, осьминоги). Самая совершенная морфологическая адаптация к движению в воде – у дельфина, поэтому он может развивать в воде очень большие скорости и выполнять сложные маневры.
2) химические факторы среды
а) Химические факторы воздушной среды
Состав атмосферы: азот –78,08%; кислород – 20,95 %; аргон, неон и другие инертные газы – 0,93 %; углекислый газ – 0,03 %; прочие газы 0,01.
Лимитирующим фактором является содержание углекислого газа и кислорода. В приземном слое атмосферы содержание углекислого газа находится в минимуме толерантности, а кислорода – в максимуме толерантности растений по этим факторам.
Адаптация к недостатку кислорода:
а) У почвенных животных и животных, живущих в глубоких норах.
б) У высокогорных животных: – повышение объёма крови,– увеличенное количество эритроцитов (кровяных клеток, переносящих кислород),– повышенное содержание гемоглобина в эритроцитах,– повышенное сродство гемоглобина к кислороду, т.е.1 молекула гемоглобина может переносить больше молекул кислорода, чем у равнинных животных.(ламы, альпаки, горные козлы, снежные барсы, яки, горные куропатки, фазаны).
в) У ныряющих и полуводных животных: – повышенный относительный объём лёгких,– больше объём и давление воздуха в лёгких при вдыхании,– приспособления, характерные для горных животных.(дельфины, киты, тюлени, каланы, морские змеи и черепахи, опуши).
г) у водных животных (гидробионтов) – это приспособления к использованию кислорода из водного раствора: – наличие жаберного аппарата, имеющего большую площадь поверхности,– густая сеть кровеносных сосудов в жабрах, обеспечивающих наиболее полное всасывание кислорода из раствора,– увеличенная поверхность тела, которая является у многих беспозвоночных важным каналом диффузионного поступления кислорода.Рыбы, моллюски, ракообразные).
б) Химические факторы водной среды
а) содержание СО 2 (повышенное содержание углекислого газа в воде может привести к гибели рыб и др. водных животных; с другой стороны при растворении в воде СО 2 , образуется слабая угольная кислота , легко образующая карбонаты (соли угольной кислоты), являющиеся основой скелетов и раковин водных животных);
б) кислотность среды (инструментом поддержания кислотности являются карбонаты, водные организмы имеют очень узкий диапазон толерантности к этому показателю)
в) солёность воды – содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов, измеряется в промилле ‰ (грамм солей на литр воды). В океане 35 ‰. Максимальная солёность в Мёртвом море (270 ‰). Пресноводные виды не могут обитать в морях, а морские – в реках. Однако, такие рыбы, как лосось, сельдь всю жизнь проводят в море, а для нереста поднимаются в реки.
3. Эдафические факторы – почвенные условия произрастания растений.
а) физические:– водный режим,– воздушный режим,– тепловой режим,– плотность,– структура.
б) химические:– реакция почвы,– элементарный химический состав почвы, – бменная способность.
Важнейшее свойство почвы – плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность растений в питательных веществах, воздухе, биотической и физико-химической среде и на этой основе обеспечивать урожай сельскохозяйственных структур, а также биогенную продуктивность диких форм растительности.
Приспособление растений к засолению:
Солеустойчивые растения называют галофитами (солерос, полыни, солянки) – эти растения произрастают на солонцах и солончаках.
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.
Приспособления, способствующие удалению лишней воды:
Особая форма листьев (саблевидные листья, свисающие вниз).
Образование желобков по краю листа (деревья капельницы).
Продольно-складчатая поверхность листа.
Удаление внутренней влаги при помощи гидатодов.
Приспособление р-ий к недостатку влаги:
Мясистость и сочность стеблей и листьев (н-р Кактусы).
Листья колючки (Кактусы), либо листья утолщаются, как н-р у алоэ и агавы.
Хорошо развитая корневая с-ма. Корни м.б. либо поверхностные, широко разветвлённые и хорошо улавливающие атм-ые осадки, либо стержневые, проникающие на большую глубину до грунтовой воды.
Листья мелкие, сухие, часто в виде игл, колючек, чешуй и на них много устьиц, к-ые при недостатке воды закрываются. Большие листья (н-р у ковыля, типчака) могут свёртываться устьичной стороной внутрь.
39. Свет как эк-ий фактор. Эк-ие группы р-ий по отношению к свету. Приспособления р-ий к различным условиям освещения. Хроматическая адаптация, листовая мозаика, фотопереодизм.
Одним из важнейших эк-их ф-ров, особенно для фотосинтезирующих зелёных р-ий, явл-ся свет. Солнце излучает огромное к-во Е. При этом на видимые лучи (видимый свет) приходится примерно половина всей поступающей на Землю лучистой энергии. Остальные 50% составляют невидимые инфракрасные лучи, около 1% - ультрафиолетовые. Особое зн-ие в жизни всех орг-ов имеет видимый свет. На свету происходит образование хлорофилла и осуществляется важнейший в биосфере процесс фотосинтеза.
С точки зрения оптики р-ия – это непрозрачное тело, к-ое частично поглащает, частично отражает и пропускает солнечную Е. Осн-ым органом воспринимающим радиацию является лист. Спектральная область поглащения радиации листом включает УФ, видимые, ИФК лучи.
УФ лучи поглощаются стр-ми клетки (оболочкой, цитоплазмой, ферментами и различными пигментами).
ИФК поглощаются цитоплазмой и водой сод-ся в тканях листа.
В диапазоне видимого света имеется 2 максимальных поглощения:
В области оранжево-красных (660-680 нм)
В области сине-феолетовых (460-490 нм.
Видимый свет оказывает смешанное действие на орг-мы: красные лучи – преимущественно тепловое, синие и фиолетовые изменяют скорость и направление биохим-их реакций.
В листе преобладают зелёные пигменты, поглощающие лучи в области 660-680 нм.
Установлено, что многие р-ия хорошо развиваются под прозрачными бесцветными стёклами, а под красными и особенно зелёными растут плохо и часто вообще не образуют генерат-ых органов.
В целом свет влияет на скорость роста и развития р-ий, на интенсивность фотосинтеза.
По отношению к свету различают следующие эк-ие группы р-ий: световые (светолюбы), теневые (тенелюбы) и теневыносливые.
Световые виды (гелеофиты) обитают на открытых местах с хорошей освещённостью и в лесной зоне встречаются редко. Они образуют обычно разреженный и невысокий раст-ый покров, чтобы не затенять друг друга.
Теневые р-ия (сциофиты )невыносят сильного освещения и живут под пологом леса в постоянной тени. Это в основном лесные травы. На вырубках при резком осветлении они проявляют явные признаки угнетения и часто гибнут.
Теневыносливые р-ия (факультативные гелиофиты )могут жить при хорошем освещении, но легко переносят и некоторое затенение. К ним относятся большинство р-ий лесов.
Для световых р-ий хар-на приземистость, розеточное расположение листьев, укороченные побеги. На недостаточное освещение они реагируют развитием обесцвеченных побегов, удлинением междоузлий, изгибанием побегов в сторону света.
Теневыносливые древесные породы и теневые травянистые р-ия отличаются мозаичным расположением листьев. У эвкалиптов листья обращены к свету ребром. У деревьев световые и теневые листья (располагаются соответственно на поверхности и внутри кроны) – хорошо освещаемые и затенённые – имеют анат-ие различия. Световые листья толще и грубее, иногда блестящие, что способствует отражению света. Теневые листья обычно матовые, неопушённые, тонкик с очень нежной кутикулой или вовсе без неё.
Также определённая форма кроны – куполообразная, сферическая, конусообразная обеспечивает приток солнечной радиации к листовым пластинкам различных ярусов.
Расположение листьев в ценозе подчиняется правилу «листовой мозаики »: листья верхних ярусов расп-ся почти вертикально, нижележащих ярусов – более наклонно, а нижние листья – горизонтально.
Фотопериод–это соотношение светлой и тёмной частей суток. Был открыт в 1920 г. Гардером и Аллардом при изучении оранжерейных р-ий.
Реакции орг-ов на чередование и продолжительность светлых и тёмных периодов суток называются фотопериодизмом.
По типу фотопериодической реакции р-ия делятся на 4 группы:
Р-ия короткого дня.
Этим р-ям для перехода к цветению требуется 12 и меньше часов света в сутки (конопля, табак и т.д.).
Р-ия длинного дня.
Необходимо более 12 часов света в сутки (картофель, пшеница и многие растения северных областей).
Стенофотопериодические р-ия.
Цветут и плодоносят при продолжительности дня 10-16 часов.
Нейтральные фотопериодические р-ия.
Не обладают фотопериодической чуствительностью и зацветают при любой длине дня, кроме короткой (гречиха, томат, одуванчик, многие сорняки).
Свойство орг-ов изменять сост-ие пигментного комплекса в зависимости от условий обитания наз-ся–«хроматической адаптацией »
40. t-ра как эк-ий ф-р. Эк-ие группы р-ий по отношению к. t-ре. Приспособления р-ий к различным. t-ным режимам. Концепция о. t-ных градиентах среды и р-ия. Эффективные. t-ры развития р-ых орг-ов.
Т-ра определяет развитие, существование и распределение живых орг-ов по земному шару. Эк-ми значениями явл-ся – доза воздействия ф-ра и тепловой режим. Тепловой режим влияет на продолжительность жизни орг-ов в течение суток, сезонов и т.д.
Значение т-ур как ф-ра, состоит в том, что т-ра оказывает влияние на жизненные процессы (правило Вант-Гоффа). Согласно этому правилу, скорость хим-их реакций возрастает в 2-3 раза при повышении т-ры на каждые 10 градусов. При т-ах выше или ниже опт-ых скорость биохим-их реакций в орг-ме снижается или они вообще нарушаются, что приводти к замедлению темпов роста и даже гибели орг-ма.
По отношению к т-ре р-ия делятся:
Криофильные (холодолюбивые р-ия).
Мезотермные (умеренные широты).
Термофильные (тропические,субтропические пояса).
Криофилы - относятся холодостойкие р-ия, переносящие низкие т-ры в сост-ии покоя. Встречаются в умеренной зоне. Их ареалы не выходят за границы бореальной лесной области (бактерии, грибы, лишайники, мхи).
Мезотермофиты – относятся теплолюбивые, но не жароустойчивые р-ия (р-ия влажного тропического пояса, обитающие при т-ре 20-30 градусов). Не имеют приспособлений к т-му режиму. К ним относят вечнозелёные р-ия субтропического пояса (земляничное дерево, пальмы). К мезотермофитам умеренных широт относят широколиственные породы (липа, бук, граб, каштан), а также р-ия травянистого яруса широколиственных лесов.
Термофилы – р-ия способные выносить т-ру выше 45 градусов без видимых повреждений. Хаар-ны для троп-их и субтропических поясов земли и на открытых местообитаниях. Р-ия пустынь, полупустынь, степей, саванн, наскальные мхи и лишайники, термофильные бактерии и водоросли.
Разные р-ия по разному приспосабливаются к различным т-ым режимам. Так, н-р, в зоне высоких т-ур при пониженной влажности (в тропических и субтропических пустынях) исторически сформировался своеобразный морф-ий тип р-ий:
Сокращение листовой пов-сти, вплоть до её редукции;
Свёртывание листьев в трубку;
Густое белое опушение;
Гладкая восковая поверхность, наличие кутикулы;
Ориентация листьев ребром к солнцу;
Сильное развитие покровных тканей;
Толстостенный многослойный эпидермис, развитие перидермы и корки.
В зоне низких т-ур отмечаются следующие адаптации:
Уменьшение листовой поверхности, свёртывание листьев, опушение сего р-ия, так и почечных чешуй, развитие кутикулы, зимние осмоление почек, неглубокие корневые с-мы.
К физиол-им приспособлениям р-ий, сглаживающим вредное влияние высоких и низких т-ур м.б. отнесены интенсивность транспирации, накопление в клетках солей, изменяющих т-ру свёртывания плазмы, св-во хлорофилла препятствовать проникновению наиболее горячих солнечных лучей. Наибольшее значение для терморегуляции морозоустойчивых р-ий имеет накопление в клетках сахара и других в-в, увеличивающих концентрацию клеточного сока и снижающих обводнённость клеток. Это делает р-ие более выносливым.
В 1966 г Радченко разработал концепцию о температурных градиентах среды и р-ий . Её суть состоит в том, что выделяют отриц-ый и полож-ый т-ый градиент. Отриц-ый градиент – это когда т-ра почвы ниже, чем т-ра воздуха.
Полож-ый градиент – это когда т-ра воздуха ниже т-ры п-вы. Большинство р-ий приспособлены к отриц-му т-му градиенту, а меньшая часть р-ий приспособлены к полож-му градиенту т-ур.
Под эффективной т-ой понимают разницу между т-ой среды и т-ым порогом развития орг-ов. Для каждого вида она имеет верхние пределы, так как слишком высокие т-ры уже не стимулируют, а тормозят развитие. И порог развития и сумма эффективных т-ур для каждого вида свои. Они зависят от ист-ой приспособленности вида к условиям жизни. Для семян р-ий умеренного климата, н-р гороха, клевера, порог развития низкий: их проростание начинается при т-ре п-вы от 0 до +1 градуса; более южные культуры – кукуруза и просо – начинают прорастать только при + 8 + 10 градусов, а семенам финиковой пальмы для начала развития нужно прогревание почвы до + 30 градусов. Сумму эффективных т-ур рассчитывают по формуле: С =(t –t 1)n, где C- искомая величина; t – наблюдаемая (реальная т-ра); t 1 – нижний порог развития; n – продолжительность развития в днях.
41. Почва как среда обитания р-ий. Эк-ие группы р-ий по отношению к эдафическим факторам.
Почва – важная среда жизни р-ий. Она представляет собой опорный субстрат для наземных и большинства водных р-ий. Представляет собой питат-ую среду, из к-ой р-ия усваивают питат-ые в-ва. П-ва предохраняет подземные части р-ий и семена, и споры от неблагоприятных воздействий.
Имеет сложный многокомпонентный с-ав:
Твёрдая мин-ая часть в виде нерастворимых орг-их соед-ий;
Твёрдую орг-ую часть, состоящую из остатков ж-ых и р-ий и нерастворимые гумусовые в-ва;
Почвенный р-ор (водный р-ор газов орг-их и неорг-их в-в);
Почвенный воздух;
Почвенные м/о, р-ия, ж-ые.
М-о выделить целый ряд эк-их групп р-ий по отношению к разным св-вам почв. Так, по реакции на кислотность почвы различают:
Ацидофиллы или ацидофиты предпочитают почвы с кислой реакцией. К ним относят р-ия сфагновых болот, багульник болотный, клюква, брусника, хвощ лесной и т.д.
Базифиллы или базифиты предпочитают почвы с щелочной реакцией. К ним относятся мордовник, лесная ветреница.
Нейтрофиллы или нейтрофиты предпочитают почвы с нормальной реакцией. Это большинство культурных р-ий.
Амфифиллы или амфифиты безразличны к реакции почвы и могут произрастать в широком диапазоне Ph. Малина голубая, золотая роза, ежевика, земляника и. т. д.
По отношению к валовому составу почвы различают:
Олиготрофные р-ия, довольствующиеся малым кол-вом зольных элементов (сосна обыкновенная).
Эфтрофные, нуждающиеся в большом кол-ве зольных эл-ов (дуб, сныть обык-ая и т.д.).
Мезотрофные , требующие умеренного кол-ва зольных элементов (ель обыкновенная).
В зависимости от хим-их Эл-ов, к избытку которых р-ия приспосабливаются выделяют:
Нитрофилы – р-ия, предпочитающие почвы богатые азотом. Они поселяются в местообитаниях где накапливается большое кол-во орг-го в-ва (на скалах с птичьими базарами, на стенах и карнизах зданий, на пастбищах, заброшенных усадьбах, скотных дворах, мусорных кучах). К ним относятся – наскальные нитрофильные лишайники, бузина, малина, сныть обыкновенная, все виды крапивы, белена, все виды рода лопух и щирица и т.д.
Галофиты –р-ия засолённых почв. Все они имеют очень высокое осмотическое давление, позволяющее им использовать почвенные растворы, поскольку сосущая сила корней превосходит сосущую силу почвенного раствора. Некоторые галофиты выделяют излишки солей через листья или накапливают их в своём орг-ме. Вот почему их иногда используют для получения соды и патоша. Типичными галофитами являются солерос, сарсазан, содовая и калийная солянки, паташник.
Нек-ые виды р-ий приурочены к разным субстратам: псаммофиты – заселяют сыпучие подвижные пески. Древесные и кустарниковые псаммофиты при засыпании их песком образуют придаточные корни. Придаточные почки и побеги развиваются на корнях, если растения обнажаются при выдувании песком (белый саксаул, кандыми, песчаная акация и т.д.). Нек-ые псаммофиты спасаются от заноса песком быстрым ростом побегов, редукцией листьев. У них развились специальные приспособления, увеличивающие летучесть и пружинистость плодов. Их плоды передвигаются вместе с движущимся песком и не засыпаются им. Они легко переносят засуху благодаря различным приспособлениям. Это и песчаные чехлы на корнях, и опробковение корней, и сильное развитие боковых корней. Большинство псаммофитов безлистые или имеют чётко выраженную ксероморфную листву (листья жёсткие с сизым восковым налётом, узкие и свёрнутые или блестящие и кожистые).
Петрофиты – растут на каменистых почвах.
42. Вода как эк-ий ф-р. Эк-ие группы ж-ых по отношению к воде. Водный баланс животныхых орг-ов.
Вода – является необходимым условием существования всех живых орг-ов. Она относится к числу наиболее важных природных ресурсов нашей планеты. Вода необходима для всех форм жизни, возникших, по мнению учёных, именно в водной среде. Общее кол-во воды на Земле оценивается цифрой 1386 млн км 3 .
Вода является единственной природной жидкостью, имеющейся на поверхности Земли в огромных кол-вах. В природе вода существует в трёх агрегатных состояниях: жидком, твёрдом и газообразном.
Физиол-ое значение воды для живых орг-ов состоит в том, что она обеспечивает сохранение структуры и нормальное функционирование живой клетки путём воздействия на биол-ие мембраны и протекающие с их участием процессы. Вода является универсальным растворителем, обладает плотностью, проницаемостью и даже может компенсировать перепады тем-р.
По отношению к воде можно выделить три эк-ие группы ж-ых:
Гигрофилы – влаголюбивые ж-ые, нуждающиеся в высокой влажности среды. У них слабо развиты или вообще отсутствуют мех-мы регуляции водного обмена. Они не могут накапливать в значительном количестве и удерживать длительное время запасы воды в теле. Такие ж-ые, как правило, обитают во влажной среде и вынуждены постоянно пополнять запасы воды (мокрицы, комары, наземные планарии, немертины и т.д.). Типично гигрофильной группой являются наземные моллюски и амфибии.
Мезофиллы – животные обитающие в условиях умеренной влажности. К ним можно отнести озимую совку. Многие другие насекомые, птицы, млекопитающие, являясь также типичными мезофиллами, существуют в районах с невысокой влажностью воздуха и сравнительно легко переносят её колебания.
Ксерофилы – это сухолюбивые ж-ые, не переносящие высокой влажности. У всех ксерофилов хорошо развиты механизмы регуляции водного обмена и приспособления к удержанию воды в теле. Приспособления к жизни в засушливых условиях могут быть самыми различными. Так, слоновая черепаха запасает воду в мочевом пузыре; многие насекомые, грызуны и др ж-ые получают воду с пищей; нек-ые млекопит-ие избегают дефицита влаги путём отложения жиров, при окислении к-ых образуется метаболическая вода. За счёт метаболической воды живут многие насекомые, питающиеся сухим кормом, верблюды, курдючные овцы, жирнохвостые тушканчики и др.
Приспособленность организмов –
результат действия факторов эволюции.
Относительный характер приспособлений
11-й (9-й) класс (2 ч)
Урок 1. «Приспособительные особенности организмов»
Методическое обеспечение
Урок построен с использованием техники «СПИРАЛЬ», которая является составной частью технологии критического мышления. Цель ее применения:
– активизация мыслительной
деятельности учащихся на уроках;
– формирование навыков получения информации из
различных источников, умения сопоставлять и
анализировать изучаемый материал.
Данная техника позволяет проанализировать изучаемый материал насколько раз, на разных уровнях восприятия, что формирует более прочные знания.
Этапы работы:
– создание проблемной ситуации;
– индивидуальная работа учащихся с карточками,
последующее совместное обсуждение и
формулирование промежуточных выводов;
– работа учащихся в парах с текстом, составление
рабочей таблицы;
– коллективное обсуждение информации,
изложенной в тексте;
– рассказ учителя, внесение дополнений в
таблицу, формулирование итоговых выводов;
– составление индивидуального отчета.
Планируемый результат: учащиеся расширяют и систематизируют знания о приспособительных особенностях организмов.
Метод обучения – проблемный: чем отличаются изменения от приспособлений? Почему организмы (виды) удивительно хорошо приспособлены к условиям окружающей среды?
Материалы к уроку:
– 12 карточек с примерами адаптаций
разных типов;
– текст «Приспособительные особенности
организмов»;
– образец таблицы для заполнения.
Проверка результативности урока: оценки учащимся за индивидуальную и парную работу; выборочная проверка отчетов; через урок – блиц-тест (биологический лабиринт) на 10 мин.
ХОД УРОКА
Чтобы выжить, надо быстро изменяться.
Л. Кэрролл («Алиса в Зазеркалье»)
Постановка проблемыПример 1.
На расчищенной от травы
площадке блекло-бурого цвета ученые к колышкам
привязали богомолов трех цветов – бурых, желтых,
зеленых. За время опыта птицами было уничтожено
60% желтых, 55% зеленых и только 20% бурых богомолов, у
которых окраска тела совпадала с цветом фона.
Аналогичные опыты были поставлены с куколками
бабочки-крапивницы. В случае несоответствия
окраски куколки окраске фона птицы уничтожали
гораздо больше куколок, чем в случае совпадения
фона с окраской.
Водоплавающие птицы в бассейне ловят
преимущественно рыбу, окраска которой не
соответствует цвету дна.
Вопросы
Что удалось выяснить при помощи описанных опытов?
Что обеспечило выживаемость богомолов, куколок бабочек и рыб?
Как можно объяснить полученные учеными результаты опытов?
(Устные мини-выводы).
Пример 2.
Всем известно, что корни
растений растут вниз, проникая вглубь почвы.
Однако в джунглях Венесуэлы были обнаружены 12
видов деревьев, корни которых взбирались вверх
по стволу.
Что могло стать причиной «странного поведения»
корней?
(Варианты ответов школьников).
(Контрольный ответ для учителя: почва в этих местах содержит так мало питательных веществ, что корни приспособились вбирать ионы Са, Mg, К и др. элементов из стекающей по стволу дождевой воды. Чтобы подтвердить это предположение, исследователи искусственно повысили содержание минеральных веществ в стекающей воде. Рост корней после этого усилился).
Первичное осмысление темы урока (запись на доске):
Приспособленность организмов
Приспособленность организмов (от лат. «адаптацио» – приспособление) – способность организмов противостоять воздкйствию условий окружающей среды.
Учитель раздает карточки (каждая четная парта читает четные примеры, нечетная, соответственно, – нечетные) и предлагает выполнить задание:
– Прочтите предложенные примеры.
– Попробуйте определить типы адаптации.
– Разбейте эти примеры на группы, объясните свой
выбор.
Карточка 1. В Южной Америке обитает около 10 видов ленивцев – строго древесных животных. Нормальное положение тела этих чрезвычайно медлительных существ – висячее, спиной вниз. В противоположность всем остальным млекопитающим, мех ленивцев на туловище направлен не со спины к брюху, а, наоборот, с брюха к спине. На рыхлом, похожем на сено меху часто поселяются водоросли, придающие животному зеленую окраску, что помогает ему скрываться в листве.
Карточка 2. Гусеницы пяденицы, уцепившись за ветку задними парами ног и отгибая остальную часть тела под углом к ней, уподобляются сучку. Некоторые богомолы цветом и формой тела похожи на те или иные части цветка, поэтому их называют цветочными.
Карточка 3. Английский энтомолог Брейди, изучавший поведение мухи цеце, пришел к выводу, что она нападает на любой движущийся теплый предмет, даже автомобиль. Не нападает муха только на зебру, которую воспринимает лишь как мелькание черных и белых полос.
Карточка 4. Жук-бомбардир вырабатывает химические вещества, которые при опасности поступают в воронкообразный отдел задней части его тела. Там начинается бурная реакция, и образовавшаяся неприятная жидкость, взрываясь, выбрасывается прямо на нападающего. Обычная шпанская мушка «награждает» хищника жидкостью, которая вызывает нарывы.
Карточка 5. Вдоль побережья австралийской провинции Квинсленд и около Сиднея обитает очень ядовитый осьминог. Хотя его размеры редко превышают 12 см, яда в нем достаточно, чтобы убить 10 человек.
Карточка 6. Некоторые животные в качестве защиты используют запах: североамериканский скунс способен выбросить струю дурно пахнущей жидкости на 3 м с поразительной точностью. Она может временно ослепить нападающего и определенно отучит его от повторного нападения на скунса.
Карточка 7. Покрытая предостерегающими полосками, но совершенно безобидная муха – журчалка извлекает нектар из цветка, как и медоносные пчелы, обладающие грозным жалом. Подражание журчалки не ограничивается окраской, но включает и поведение. Журчалки подражают звукам, издаваемым пчелами и осами, и, если их потревожить, угрожающе жужжат.
Карточка 8. Австралийская бородатая ящерица способна напугать само¬го храброго хищника. Она громко свистит, бьет хвостом и поднимает гребень так, что кажется в 4 раза больше, чем есть на самом деле.
Карточка 9. В некоторых случаях рыбы могут маскироваться под других животных, причем делают это коллективно. Например, маленькие морские сомики, обнаружив, что к ним приближается хищная рыба, сразу же группируются в своеобразное подобие клубка. Их головы оказываются в центре этого «архитектурного сооружения», а заостренные хвостики торчат наружу. Издали «клубок» напоминает колючего морского ежа, которого хищники предпочитают обходить стороной.
Карточка 10. В африканских саваннах живет небольшой подземный грызун – голый землекоп. Это странное, почти голое, лишенное шерстного по¬крова создание. Тем забавнее видеть торчащие в разные стороны вибриссы – на голове и на брюхе. Многочисленные чувствительные волоски помогают землекопам ориентироваться в огромных подземных лабиринтах, проложенных этими трудолюбивыми зверьками.
Карточка 11. Некоторые ежи используют выделения ядовитых жаб для смазывания своих иголок. Нападая на жабу, еж, прежде всего, кусает ее ядовитые околоушные железы, а потом отравленной слюной смазывает свои иголки. Коварные привычки усваиваются еще в детстве. Новорожденный, еще слепой ежонок слизывает с иголок матери ядовитую смазку и наносит ее языком на свои еще мягкие иголочки.
Карточка 12.
Животные в минуту
опасности нередко прибегают к разным уловкам:
особенно часто это делают птицы – притворяясь
ранеными, они отвлекают хищников от гнезд. Даже
такие крупные животные как слоны способны
обмануть хищни-
ков – они тоже притворяются, только мертвыми.
Однажды в джунглях Индии поймали дикого слона. Его привязали цепями. Вдруг слон упал на землю. Охотники старались его растолкать, но он лежал неподвижно. Они решили, что слон умер, сняли с него цепи и ушли. Слон вскочил на ноги и бросился бежать.
По итогам обсуждения на доске делается запись тех вариантов адаптации, которые обнаружили учащиеся в примерах.
Чтение и организация текста
Учитель: чтобы выяснить, какие еще адаптации встречаются в природе, познакомьтесь со следующим текстом, подготовьте таблицу для обобщения и сделайте в ней краткие записи. Работайте в тех же условиях, что и в предыдущем случае: каждая четная парта читает про растения; каждая нечетная – про животных.
Текст «Приспособительные особенности организмов»
Одним из результатов естественного отбора, являющегося направляющей движущей силой процесса эволюции, можно назвать развитие у всех живых организмов адаптаций – приспособлений к среде обитания.
Многообразие конкретных приспособлений можно разделить на несколько групп, которые являются формами приспособленности организмов к окружающей среде.
Некоторые формы приспособленности у растений
Приспособления к повышенной сухости: опушенность листьев, накопление влаги в стебле (кактус, баобаб), превращение листьев в иголки (хвойные растения).
Приспособления к повышенной влажности: большая поверхность листа, много устьиц, повышенная интенсивность испарения.
Приспособления к опылению ветром: вынесение тычинок с пыльниками далеко за пределы цветка, мелкая легкая пыльца, пестик сильно опушен, лепестки и чашелистики не развиты, не мешают обдуванию других частей цветка ветром.
Приспособленность к опылению насекомыми: яркая привлекающая окраска цветка, наличие нектара, запах, форма цветка.
Приспособления к расселению и распространению семян и спор: сочные, привлекательные для животных плоды или шишки; семена с летучками, крылатками, зацепками, парашютиками; легкие многочисленные споры; «взрывающиеся» плоды (недотрога, «бешеный» огурец).
Приспособления к поглощению максимального количества света: листовая мозаика, плоские широкие листья, многослойная столбчатая и губчатая фотосинтетическая ткань, узкие межклетники, большое количество хлорофилла.
Приспособления к перенесению неблагоприятных условий: листопад; запасание питательных веществ в луковицах, корневищах, клубнях, корнеплодах; эфемерность (подснежники, крокусы, пролески).
Приспособления к недостатку питания или кислорода: насекомоядность (росянка, венерина мухоловка); воздушные корни (орхидеи); дыхательные корни (мангры).
Защита от поедания травоядными животными: иглы; колючки; друзы (кристаллы щавелевокислого калия), накапливающиеся в колючках или листьях; ядовитые соки; стрекательные клетки со жгучими волосками.
Форма тела:
Окраска тела:– торпедообразная (препятствует образованию завихрений потоков воды при движении): акулы, дельфины, пингвины, кальмары;
– подражающая (делает организм незаметным среди тех или иных предметов): палочники, гусеницы пядениц, цикады, морские коньки, удильщики;
– уплощенная (для жизни на дне или в узких расщелинах): планарии, камбала, скаты.
– предостерегающая (у видов, обладающих ядовитыми, обжигающими, жалящими структурами): осы, шмели, пчелы, жуки нарывники, гусеницы бабочек-капустниц, божьи коровки, гремучие змеи;
– покровительственная (скрывает на фоне окружающей среды): зеленый кузнечик, белая сова, камбала, осьминог, заяц беляк, тли, белая куропатка;
– расчленяющая, «камуфляжная» (размывает контуры, помогает оставаться незаметными на фоне неоднородной среды, среди пятен и полос света и тени): зебры, тигры, пятнистые детеныши оленей, жирафы, рыба-зебра.Адаптация, при которой форма тела и окраска животного сливаются с окружающими предметами, называется маскировкой .
Подражание хорошо защищенным и обладающим предостерегающей окраской или, напротив, безобидным животным, помогает потенциальным жертвам защититься от поедания хищниками и называется мимикрией .
Таблица. Адаптации организмов
Показатели приспособленности |
Животные |
Растения |
1. Приспособления к абиотическим факторам (например, холоду) |
1. Густая шерсть |
1. Листопад |
2. Способы добывания пищи |
Для добывания пищи и воды: 1. Объедание листьев на высоких деревьях
(длинная шея) |
Для добывания биогенов, воды и энергии: 1. Поглощение воды и минеральных веществ
(интенсивное развитие корней и корневых
волосков) |
3. Защита от врагов |
1. Быстрый бег |
1. Колючки |
4. Обеспечение эффективности размножения |
Привлечение полового партнера: 1. Яркое оперение |
Привлечение опылителя: 1. Нектар |
5. Расселение на новые территории |
Миграции: Перемещения стад, колоний, стай в поисках пропитания и подходящих условий для размножения (перелеты птиц, кочевки антилоп, зебр, заплывы рыб) |
Распространение семян и спор: 1. Цепкие крючки, колючки |
Твердые покровы тела, шипы и иглы (механическая защита от хищника): морские ежи, жуки, крабы, улитки и двустворчатые моллюски, черепахи, ежи, дикобразы).Примеры:
– мухи-журчалки похожи на пчел, ос, шмелей;
– безобидные тропические ужи похожи на ядовитых змей;
– яйца, откладываемые кукушкой, соответствуют по цвету яйцам птицы-хозяина и т.д.
Ядовитые железы или токсины (для жертвы – защита от поедания; для хищников – средство умерщвления или обездвиживания добычи): медузы, пауки, многоножки, некоторые рыбы, многие земноводные, змеи.
Физиологические адаптации:
– удаление избытка воды через почки в виде слабо концентрированной мочи (сохранение постоянства внутренней среды организма в условиях жизни в пресной воде): пресноводные рыбы и земноводные;
– выделение небольшого количества сильно концентрированной мочи (сохранение постоянства внутренней среды организма в условиях жизни в гиперосмотической среде или в пустыне): морские рыбы, морские змеи, пустынные грызуны.
– способность к эхо-, термо- и электролокации (для ориентации в пространстве): летучие мыши, дельфины, некоторые змеи (они различают на расстоянии объекты, температура тела которых отличается от температуры среды всего на 0,2 °С), рыбы.
Приспособительное поведение:Существует много других типов физиологических адаптаций, например, способность впадать в спячку, способность жидкостей тела противостоять замерзанию, способность обходиться небольшим количеством кислорода и т.д.
– отпугивающее (защита от хищников): ушастая круглоголовка, бородатая ящерица, совы;
– замирание (защита от хищников): опоссумы, некоторые жуки, земноводные, птицы;
– запасающее (многие животные запасают корм на неблагоприятный сезон года): кедровка, сойка, бурундук, белка, пищуха;
– миграции (избегание неблагоприятных условий путем перемещения в другие районы): перелетные птицы, некоторые виды бабочек.
Существует много других типов приспособительного поведения. Например, в пустыне для многих видов время наибольшей активности – ночь, когда спадает зной.
Забота о потомстве:
– вынашивание икры на теле или в ротовой полости: ракообразные, морские коньки, тиляпии, пипа суринамская;
– постройка гнезда и выведение в нем потом-ства: некоторые земноводные и рыбы (колюшки, петушки, макроподы), птицы, все плацентарные млекопитающие, рождающие беспомощных детенышей;
– выкармливание потомства: осы, пчелы, муравьи, некоторые рыбы (дискусы), птицы, млекопитающие. Жуки-скарабеи и одиночные осы не выкарамливают личинок, но обеспечивают их запасом пищи.
По результатам обсуждения текста составляется таблица (см. с. 18).
Подведение итогов урока
Растения и животные удивительно приспособлены к условиям среды, в которой они обитают. В понятие «приспособленность вида» входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым ими функциям (например, длинный и сложно устроенный пищеварительный тракт жвачных животных, питающихся растительной пищей).
Соответствие физиологических функций организма условиям его обитания, их сложность и разнообразие также входит в понятие приспособленности.
Подумайте, какой вывод следует сделать из вышесказанного, обсудите в парах, сделайте записи в своих отчетах.
Домашнее задание
Вариант 1. Подумайте и запишите в тетрадь признаки взаимных приспособлений хищников и жертв.
Продолжение следует
Лекция №6. Приспособления организмов
В результате естественного отбора сохраняются особи с полезными для них признаками. Эти признаки обуславливают приспособленность организмов к тем условиям, в которых они живут. О приспособленности организмов к окружающей среде свидетельствует множество различных примеров.
Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. Птицы, насиживающие яйца на земле, сливаются с окружающим фоном. Тундровая куропатка, например, ежеминутно подвергается риску, связанному с подобным образом жизни. Линька даёт ей возможность менять окраску, которая в результате гармонирует с изменениями окружающей природы. Рыжевато-бурое оперение по мере наступления морозов постепенно белеет, и птица становится практически неотличимой от снежного покрова. Когда же весной снег тает, куропатки вновь линяют и благодаря новому оперению сливается с обнажившейся на проталинах землёй. Самцы, как правило, линяют позже самок – их белый наряд бросается в глаза хищникам и отвлекает их от насиживающей самки.
На Крайнем Севере многие животные окрашены в белый цвет: белый медведь, полярная сова, песец, заяц, детёныши тюленей. Гусеницы бабочек часто зелёные, под цвет листьев, или тёмные, под цвет коры или земли. Донные рыбы обычно окрашены под цвет песчаного дна (камбала, скаты). При этом камбала ещё способна менять окраску в зависимости от цвета окружающего фона. Способность менять окраску путём перераспределения пигмента в покровах тела известна и у наземных животных. Например, хамелеон. Целыми днями сидит это малоподвижное животное на ветке какого-либо высокого дерева или кустарника. Хватательные, похожие на клещи лапы крепко зажимают ветки деревьев, а кончик длинного и мускулистого хвоста, обвившегося вокруг веток, помогает удерживать тело на дереве. Заметив своими вращающимися в разные стороны глазами летящее насекомое, хамелеон выбрасывает свой длинный язык с утолщением на конце. Насекомое прилипает к покрытому слизью языку и хамелеон быстро втягивает его в рот и съедает добычу. Хамелеоны не защищены ни бронёй, ни ядом. Они не могут спастись, закапываясь в землю или убегая. Они съедобны и имеют много врагов. Хищные птицы, звери, аисты, цапли, змеи, люди охотятся за этими безвредными ящерицами. И единственное их спасение – затеряться среди ветвей и листьев. Когда животное спокойно, оно окрашено в желтоватый цвет с красноватыми полосками вдоль боков; при раздражении кожа хамелеона становится зеленоватой, а полосы беловатыми. У некоторых животных мы встречаем яркий узор – чередование светлых и тёмных полос и пятен: окраска у зебры, тигра, жирафа, леопарда и др. Эта расчленяющая окраска как бы имитирует чередование пятен света и тени и создаёт некую размытость. Такая окраска тоже будет покровительственной.
У животных приспособительной является форма тела. Хорошо известен облик водного млекопитающего дельфина. Его движения легки и точны, скорость движения в воде достигает 40 км/ч. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Как дельфину удаётся преодолеть её? Торпедовидная обтекаемая форма тела, отсутствие ушных раковин позволяют избежать завихрения потоков воды, окружающих дельфина, снижают трение. Подобная форма тела у многих водных животных: акул, китов, тюленей. Обтекаемая форма тела способствует быстрому передвижению животных и в воздушной среде. Маховые и контурные перья, покрывающие тело птицы, полностью сглаживают его форму. Птицы лишены выступающих ушных раковин, в полёте они обычно втягивают ноги. В результате птицы по быстроте намного превосходят всех других животных. Птицы быстро двигаются даже в воде. Наблюдали арктического пингвина, плывущего под водой со скоростью 35 км/ч
У животных ведущих скрытый, затаивающийся образ жизни, полезными оказываются приспособления, придающие им сходство с предметами окружающей среды – маскировка. Например, гусеницы бабочки пяденицы по форме тела и окрасу напоминают сучки. Насекомые-палочники похожи на небольшую бурую или зелёную веточку, некоторые бабочки напоминают сухие листья, а пауки подражают колючкам. Великие мастера маскировки своим успехом во многом обязаны способности замереть в момент, когда им грозит нападение или они сами готовятся схватить добычу. Среди животных особенно разнообразны те, кто так или иначе подражает цветкам. Например, цветочные богомолы, настолько уподобляются тем или иным частям растения, что обманутые сходством другие насекомые опускаются прямо на них и попадают в объятия хищника
днако нередко у животных наблюдается не скрывающая окраска тела, а, напротив, привлекающая внимание, демаскирующая. Такая форма приспособления называется предупреждающая окраска. Она свойственна большинству жалящих, выделяющих ядовитые вещества, отвратительно пахнущих или омерзительных на вкус животных. Подобно стоп-сигналам, эти рисунки и сочетания цветов должны легко распознаваться животными. Они означают: «Опасно!», «Не подходи!», «Со мной лучше не связываться!». Божью коровку, очень заметную, птицы никогда не склёвывают из-за выделяемого насекомым ядовитого секрета. Яркую предупреждающую окраску имеют несъедобные гусеницы, многие ядовитые змеи. Среди земноводных есть настоящие щёголи. Они эффектно окрашены, нередко медлительны, ведут дневной образ жизни и даже не пытаются прятаться от хищников в отличие от своих более многочисленных замаскированных родичей, которые отправляются на поиски корма по ночам, когда они менее заметны. Наиболее своеобразны среди земноводных щеголей, пожалуй, древолазы, обитатели Центральной и Южной Америки. Их кожные железы вырабатывают мощные парализующие яды, так что хищник, попробовавший закусить такой лягушкой и оставшийся в живых, ассоциирует пережитые неприятные минуты с её яркой расцветкой и в дальнейшем старательно избегает ей подобных. Среди примерно ста тысяч видов, составляющих отряд чешуекрылых, или бабочек, медведицы принадлежат не только к наиболее привычным, но и к самым красивым. У неё на редкость эффективная предупреждающая окраска – оранжево-чёрная и жёлто-чёрная с узорами из пятен и полосок. Медведица очень хороша собой, но ядовита. Специальные железы вырабатывают сильные токсины, поступающие в кровоток бабочки. Другие железы содержат жидкость с неприятным предостерегающим запахом. В тропических прибрежных водах Австралии, Новой Гвинеи, Индонезии и Филиппин обитает маленький (до 20 см. в длину вместе со щупальцами) синекольчатый осьминог. Ярко-оранжевые круглые пятна окаймлены характерными синими кольцами. Как и все представители рода, синекольчатый осьминог обладает удивительной способностью к регенерации, и, потеряв в бою одну или несколько из своих восьми щупалец, довольно быстро может отрастить новые. Насколько этот осьминожка красив, настолько же и ядовит. В слюне животного содержится сильнейший нейротоксин. Укус синекольчатого осьминога смертелен. Яд практически моментально парализует нервную систему любого живого существа, и противоядия от него не существует.
Эффективность предостерегающей окраски явилась причиной очень интересного явления – подражания, или мимикрии. Мимикрия – это подражание менее защищённого организма одного вида более защищённому организму другого вида. Это подражание может проявляться в форме тела, окраске и т.д. Покрытая предостерегающими полосками, но совершенно безобидная муха журчалка извлекает нектар из цветка, как и медоносные пчелы, обладающие грозным жалом. Мимикрия журчалки не ограничивается окраской, но включает и поведение. Журчалки подражают звукам, издаваемым пчёлами и осами, и, если их потревожить, угрожающе жужжат. Всё это вместе гарантирует журчалке неприкосновенность. Красивая бабочка данаида обязана своей несъедобностью тому, что её гусеницы питаются листьями ядовитого латука, опасного для скота и других позвоночных. Крылатые хищники быстро научились не трогать данаид, а заодно и их подражательницу, одну из нимфалид – лишь слегка невкусную. Бабочка-стеклянница удивительно похожа на осу. Крылья её совершенно прозрачны, так как чешуек, покрывающих крылья бабочек, у неё нет. При полёте она жужжит подобно осам, и летает так же стремительно и беспокойно, как и они. Уж имитирует окраску гадюки, его выдают только жёлтые пятна на голове. Немало подражателей приобрели ядовитые коралловые змеи. Например, аризонская королевская змея, которая не ядовита
ля выживания организмов в борьбе за существование большое значение имеетприспособительное поведение. В минуты опасности меняется поведение животных: гуси вытягивают шеи и начинают шипеть; кошки выгибают спину, прижимают уши и приподнимают шерсть; собаки скалят зубы,; жабы выпрямляют ноги, чтобы казаться выше ростом и отпугнуть врага; скунс сначала топает передними лапами, а затем задирает хвост, как сигнальный флажок, открывая анальные железы, из которых в случае необходимости брызнет струя вонючей жидкости. Жук-бомбардир при нападении врага выстреливает в него ядовитой жидкостью, вызывающей ожоги. Кроме того, жидкость образует облачко голубого пара, служащего дымовой завесой для прикрытия жука. Многие животные, чтобы отпугнуть или сбить с толку нападающего, внезапно показывают ему яркие пятна и узоры. Глазчатые пятна – узоры из концентрических кругов, которыми обладают многие насекомые,- приводят хищника в растерянность, и жертва успевает спастись. Птицам, охотящимся на бабочек, ложные глаза могут показаться глазами совы или кошки. Так поступает, например, бабочка калиго и бабочка сатурния. А гусеница гарпии при приближении опасности втягивает голову в туловище, которое раздувается в хищную «пасть», разинувшуюся под ложными глазами. Помимо отпугивания существует много других вариантов приспособительного поведения. Сюда относится запасание корма на неблагоприятный сезон года. Прежде чем начинать наполнять припасами кладовую, бурундук приводит её в порядок. Он выбрасывает прочь остатки старых заплесневелых запасов, выстилает дно сухими листьями, а затем уже затаскивает в кладовую лесные орехи, семена, грибы и прочую снедь, иногда его «клад» весит 8 кг. Каждый продукт складывается отдельной кучкой и тщательно сортируется. Запасают корм на зиму мыши, белки, сойки и даже хищники. Некоторые животные, такие как медведь, ёж, барсук, суслик впадают в спячку, переживая неблагоприятное время. У этих животных запасы питательных веществ откладываются в организме. С приближением холодов медведь, сильно ожиревший и обросший частой и длинной шерстью, ищет надёжное убежище в глухих местах леса среди густого бурелома, коряг и пней, где делает себе берлогу, выстилает её сухими листьями и мхом и укладывается спать. Снег постепенно заносит берлогу, и она выглядит большим сугробом. Медведь дремлет в берлоге до весны, медленно расходуя запасы осеннего жира, температура его тела понижается до 30 градусов.
Особенно большое значение имеют приспособления, обеспечивающие защиту потомства от врагов. Забота о потомстве может проявляться в разной форме. Многие рыбы охраняют икру, активно отгоняя врагов, или вынашивают её во рту. Самец колюшки строит гнездо с выходом и входом, обеспечивая приток кислорода к икринкам. Существуют виды лягушек, у которых икринки развиваются в специальной выводковой сумке. Птицы строят гнёзда и насиживают яйца, птенцов длительное время выкармливают и охраняют. Наивысшей степени развития достигает забота о потомстве у млекопитающих. Звери не только кормят своё потомство, но и обучают ловить добычу.
Соответствующая форма и окраска тела, целесообразное поведение обеспечивают успех в борьбе за существование только тогда, когда эти признаки сочетаются с приспособленностью процессов жизнедеятельности к условиям обитания, т.е. физиологическими адаптациями. Без таких адаптаций невозможно поддержание устойчивого обмена веществ в организме в постоянно колеблющихся условиях внешней среды. Многие пустынные животные перед наступлением засушливого сезона накапливают много жира: при его окислении образуется большое количество воды. Кроме того, верблюд при лишении воды резко сокращает испарение, как с дыхательных путей, так и через потовые железы. Многие ныряющие животные могут сравнительно долго обходиться без доступа кислорода. Например, тюлени ныряют на глубину 100-200 и даже 600 м. и находятся под водой 40-60 минут. Что позволяет ластоногим нырять на столь длительный срок? Это прежде всего большое количество особого пигмента, находящегося в мышцах, - миоглобина. Миоглобин способен в 10 раз больше связывать кислород, чем гемоглобин. Ночные хищники – совы превосходно видят в условиях слабого освещения. Летучие мыши прекрасно ориентируются в пространстве с помощью эхолокации.
Но не только животные приспосабливаются к условиям среды. Различные приспособления есть и у растений. У кактусов листья превратились в колючки, чтобы уменьшить испарение, а стебель стал мясистым для запасания влаги. А у кувшинок появились приспособления к повышенной влажности: большая поверхность листа, много устьиц, повышение интенсивности испарения. Низкорослость, мелколистность, поверхностное расположение корней деревьев и кустарников, очень быстрое развитие растительности весной и летом – во всём этом сказывается приспособленность к жизни в тундре. По-разному приспособились растения к опылению. У насекомоопыляемых растений яркие цветки имеющие нектар и аромат, для привлечения насекомых. Цветки орхидей и вовсе похожи на бабочек и привлекают особей противоположного пола. У ветроопыляемых – мелкая, лёгкая пыльца, пестик сильно опушен, длинные тычинки, лепестки и чашелистики не развиты: не мешают обдуванию цветка ветром. Семена многих растений имеют зацепки, крылатки и парашютики, облегчающие их распространение. Растения, живущие в условиях недостатка минерального питания, приспособились ловить и переваривать насекомых. У росянки листья превратились в ловчие аппараты с клейкими железистыми волосками, а у непентеса – в кувшинчики с пищеварительным соком.
Итак, мы выяснили, что в понятие «приспособленность вида» входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым ими функциям, а также соответствие физиологических функций организма условиям обитания.
Как же возникают столь совершенные адаптации? Ключ к разгадке лежит в сложнейшем процессе естественного отбора. Например, дальний пращур богомола, теперь почти неотличимого от сухого листа, появился на свет со случайным набором генов, придавшим ему чуть большее сходство с сухим листком. А потому птицам было несколько труднее обнаружить этого богомола среди сухих листьев, и в результате он и ему подобные особи выживали в большем количестве. Следовательно, они оставляли больше потомства. А признак «сухой лист» становился всё более чётким и распространённым. Любые признаки возникают в результате мутаций. Может произойти одна крупная мутация, а может огромное множество мелких, что бывает гораздо чаще. Те из них, которые повышают жизнеспособность, передаются последующим поколениям, закрепляются и становятся приспособлениями. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений.
Следует помнить, однако, что все приспособления носят относительный характер , т.е. они помогают организму выжить лишь в данных конкретных условиях. При изменении же этих условий приспособление может стать бесполезным и даже вредным. В яркий солнечный день зимой белая куропатка выдаёт себя тенью на снегу. Заяц-беляк становится видным на фоне стволов деревьев. Стриж не может взлететь с ровной поверхности, так как у него длинные крылья и очень короткие ноги. Он взлетает только оттолкнувшись от какого-то края, как от трамплина. Панцирь наземных черепах защищает их от врагов, но хищные птицы поднимают их в воздух и разбивают о землю. Постоянный рост резцов грызунов – очень важная особенность, но лишь для питания твёрдой пищей. Если крысу держать на мягкой пище, резцы, не изнашиваясь, вырастают до таких размеров, что питание становится невозможным.
Какие выводы можно сделать из всего вышеизложенного?
Общая приспособленность организмов к условиям среды складывается из множества отдельных адаптаций самого разного масштаба.
Все приспособления возникают в ходе эволюции в результате естественного отбора.
Любое приспособление относительно.
Таким образом, приспособленность – это относительная целесообразность строения и функций организма, являющаяся результатом естественного отбора.
Проверка
Соотнесите приведённые примеры приспособлений с их характером и отправить ответ
Окраска жирафа
Окраска шмеля
Форма тела палочника
Окраска божьей коровки
Яркие пятна у гусениц
Строение цветка орхидеи
Внешний вид мухи-журчалки
Форма цветочного богомола
Поведение жука-бомбардира