Приспособления организмов к окружающей среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.
Известно два типа адаптации: генотипическая и фенотипическая.
По определению Большой медицинской энциклопедии (БМЭ): «…генотипическая адаптация возникает вследствие отбора клеток с определенным генотипом, обуславливающим выносливость». Это определение не безупречно, так как оно не отражает того, к какому виду нагрузок относится выносливость, так как в большинстве случаев, приобретая одни преимущества, живые организмы теряют другие. Если, например, растение хорошо переносит жаркий засушливый климат, то, скорее всего, оно будет плохо переносить холодный и влажный.
Что же касается фенотипической адаптации, то к настоящему времени нет строгого определения этого термина.
По определению БМЭ «… фенотипическая адаптация возникает как защитная реакция на действие повреждающего фактора».
По определению Ф.З. Меерсона «Фенотипическая адаптация - развивающийся в ходе индивидуальной жизни процесс, в результате которого организм приобретает отсутствующую ранее устойчивость к определенному фактору внешней среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью…».
Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и развиваются в ходе эволюции видов.
Механизмы адаптации
Основные механизмы адаптации на уровне организма:
1) биохимические - проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества;
2) физиологические - например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;
3) морфо-анатомические - особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни;
4) поведенческие - например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т.п.;
5) онтогенетические - ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.
Рассмотрим эти механизмы подробнее.
Биохимические механизмы. Животные, обитающие в прибрежной (литоральной) зоне моря, хорошо адаптированы к воздействиям неблагоприятных факторов окружающей среды и благодаря набору адаптаций способны выживать в условиях недостатка кислорода. В частности: у них развиты дополнительные механизмы потребления кислорода из окружающей среды; они способны поддерживать внутренние энергетические ресурсы организма, переключаясь на анаэробные метаболические пути; они снижают скорость своего общего метаболизма в ответ на действие низких концентраций кислорода в морской воде. Причем третий способ считается основным и одним из важнейших механизмов адаптации к недостатку кислорода для многих видов морских моллюсков. Во время периодических обсыханий, возникающих в результате приливно-отливных циклов, литоральные двустворчатые моллюски подвергаются воздействию краткосрочной аноксии и переключают свой метаболизм на анаэробный путь. Вследствие этого они считаются типичными факультативными анаэробными организмами. Известно, что интенсивность обмена у морских Bivalvia при аноксии снижается более чем в 18 раз. Снижая скорость метаболизма, гипоксия/аноксия в значительной степени влияет на ростовые и многие другие физиологические характеристики моллюсков.
В ходе эволюции морские двустворчатые моллюски выработали комплекс биохимических адаптаций, которые позволяют им переживать неблагоприятное воздействие краткосрочной аноксии. Вследствие прикрепленного образа жизни биохимические адаптации у двустворчатых моллюсков более разнообразны и выражены в большей степени, чем у свободноживущих организмов, у которых в первую очередь развиты поведенческие и физиологические механизмы, позволяющие избежать кратковременных неблагоприятных воздействий окружающей среды.
У морских моллюсков описано несколько механизмов регуляции уровня метаболизма. Одним из них является изменение скорости гликолитических реакций. Например, для Bivalvia характерно аллостерическое регулирование активности ферментов в условиях аноксии, в ходе которого метаболиты оказывают воздействие на специфические локусы ферментов. Одним из важных механизмов снижения скорости общего метаболизма служит обратимое фосфорилирование белков. Такие изменения в структуре белков вызывают значительные модификации в активности многих ферментов и функциональных белков, участвующих во всех процессах жизнедеятельности организма. Например, у Littorea littorea, как и у большинства моллюсков, устойчивых к аноксии, обратимое фосфорилирование некоторых ферментов гликолиза способствует перенаправлению потока углерода в анаэробный путь ферментативного метаболизма, а также подавлению скорости гликолитического пути.
Несмотря на то, что снижение скорости метаболизма является количественно выгодным механизмом, способствующим выживанию морских моллюсков в условиях аноксии, активация модифицированных путей метаболизма также играет важную роль в процессах адаптаций морских моллюсков к низким концентрациям кислорода в морской воде. В ходе данных реакций в значительной степени увеличивается выход АТФ и образуются некислотные и/или летучие конечные продукты, способствующие в свою очередь сохранению гомеостаза клетки в условиях аноксии.
Итак, биохимическая адаптация часто является крайним средством, к которому организм прибегает, когда у него нет поведенческих или физиологических способов избежать неблагоприятного воздействия среды.
Поскольку биохимическая адаптация - не легкий путь, часто организмам проще найти подходящую среду путем миграции, чем перестроить химизм клетки. В случае прикрепленных морских прибрежных двустворчатых моллюсков миграция к благоприятным условиям среды невозможна, поэтому у них хорошо развиты механизмы регуляции метаболизма, позволяющие им адаптироваться к постоянно изменяющейся прибрежной зоне моря, для которой характерны периодические осушения.
Физиологические механизмы. Тепловая адаптация обусловлена совокупностью специфических физиологических изменений. Главными из них являются усиление потоотделения, снижение температуры ядра и оболочки тела и уменьшение частоты сердечных сокращений при нагрузке по мере пребывания в условиях повышенной температуры (табл. 1).
Таблица 1. Адаптационные физиологические изменения у человека в условиях повышенной температуры окружающей среды
|
Изменения |
|
|
Потоотделение |
Более быстрое начало потоотделения (при работе), т. е. снижение температурного порога потоотделения. Повышение скорости потоотделения |
|
Кровь и кровообращение |
Более равномерное распределение пота по поверхности тела. Снижение содержания солей в поте. Снижение ЧСС. Усиление кожного кровотока. Увеличение систолического объема. Увеличение объема циркулирующей крови. Снижение степени рабочей гемоконцентраций. Более быстрое перераспределение крови (в систему кожных сосудов). Приближение кровотока к поверхности тела и более эффективное его распределение по поверхности тела. Уменьшение падения чревного и почечного кровотоков (во время работы) |
|
Терморегуляция |
Снижение температуры ядра и оболочки тела в покое и при мышечной работе. Рост устойчивости организма к повышенной температуре тела |
|
Уменьшение отдышки |
Морфо-анатомические механизмы. Так, известная всем белка обладает хорошей морфофункциональной приспособленностью, которая позволяет выжить в среде обитания. К приспособительным внешним признакам строения белки относятся следующие:
Острые загнутые когти, позволяющие хорошо цепляться, удерживаться и передвигаться по дереву;
Сильные и более длинные, чем передние, задние ноги, которые дают возможность делать белке большие прыжки;
Длинный и пушистый хвост, действующий как парашют в прыжках и согревающий ее в гнезде в холодное время года;
Острые, самозатачивающиеся зубы, что позволяет грызть твердую пищу;
Линька шерсти, которая помогает белке не замерзнуть зимой и чувствовать себя легче летом, а также обеспечивает смену маскировочной окраски.
Эти приспособительные особенности позволяют белке легко передвигаться по деревьям во всех направлениях, находить пищу и поедать ее, спасаться от врагов, делать гнездо и выращивать потомство, оставаться оседлым животным, несмотря на сезонные перепады температуры. Таким образом осуществляется взаимосвязь белки со средой обитания.
Поведенческие механизмы. Кроме примеров поисковой активности благоприятных мест обитания, научения, стратегии поведения в условиях угрозы (борьба, бегство, замирание), объединения в группы, постоянной мотивированности интересами выживания и продолжения рода, можно привести и другой яркий пример.
В естественных и экспериментальных условиях водной среды как морские, так и пресноводные виды рыб ориентируются с использованием элементов поведения. При этом происходит как пространственная, так и временная адаптация к различным факторам - температуре, освещенности, содержанию кислорода, скорости течения и др. Достаточно часто у рыб наблюдается феномен самопроизвольного выбора того или иного фактора среды, например, ориентация по градиенту температуры воды. Поведенческие механизмы ориентации рыб по отношению к температурному фактору среды часто аналогичны либо незначительно отличаются от реакции на другие факторы.
Онтогенетические механизмы. Системы онтогенетической адаптации - это фундамент, который обеспечивает выживание и успешное размножение достаточного числа особей в привычных для популяции условиях обитания. Их сохранение настолько важно для выживания видов, что в эволюции возникла целая группа генетических систем, которые призваны служить барьером, охраняющим системы онтогенетической адаптации от разрушительного воздействия тех эволюционных факторов, которые когда-то способствовали их формированию.
Различают следующие подвиды данного вида адаптации:
Генотипическая адаптация - отбор наследственно детерминированной (изменение генотипа) повышенной приспособленности к измененным условиям (спонтанный мутагенез);
Фенотипическая адаптация - при этом отборе изменчивость ограничена нормой реакции, определяемой стабильным генотипом.
У двукрылых, для которых благодаря наличию гигантских политенных хромосом слюнных желёз возможно выявление тонкой линейной структуры хромосом, часто обнаруживаются целые комплексы видов-близнецов, состоящие из нескольких, почти неразличимых морфологически, близкородственных видов. Для других зоологических видов, у которых нет политенных хромосом, столь тонкая цитологическая диагностика затруднена, но и для них на изолированных архипелагах часто можно наблюдать целые группы близкородственных видов, явно недавнего происхождения, сильно дивергировавших от общего материкового предка. Классическими примерами являются гавайские цветочницы, дарвиновы вьюрки на Галапагосских островах, ящерицы и улитки на Соломоновых островах и многие другие группы эндемических видов. Всё это указывает на возможность множественных актов видообразования, связанных с одиночными эпизодами колонизации, и на широкую адаптивную радиацию, запускающим механизмом которой послужила дестабилизация прежде устойчивого, хорошо интегрированного генома.
Адаптация организмов к различным условиям существования
1. Как приспосабливаются растения к жизни в суровых условиях?
2. Чем отличаются водные млекопитающие от наземных?
Зависимость строения и образа жизни организмов от среды обитания.
Целостный организм неразрывно связан с окружающей его внешней средой. Физиология целостного организма изучает не только внутренние механизмы саморегуляции физиологических процессов, но и механизмы, обеспечивающие непрерывное взаимодействие и неразрывное единство организма с окружающей средой. Непременным условием и проявлением такого единства является адаптация организма к данным условиям.
АДАПТАЦИЯ - все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются на основе физиологических процессов, про исходящих на клеточном, органном, системном и организменном уровнях. Этим термином пользуются для характеристики широкого круга приспособительных процессов: от адаптивного синтеза белков в клетке и адаптации рецепторов к длительно действующему раздражителю до социальной адаптации человека и адаптации народов к определенным климатическим условиям. На уровне организма человека под адаптацией понимают его приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.
Организм человека адаптирован к адекватным условиям среды в результате длительной эволюции и онтогенеза, создания и совершенствования в ходе их адаптивных механизмов в ответ на выраженные и достаточно длительные изменения окружающей среды. К одним факторам внешней среды организм адаптирован полностью, к другим - частично, к третьим - не может адаптироваться из-за их крайней экстремальности.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ АДАПТАЦИЕЙ называют достижение устойчивого уровня активности организма и его частей, при котором возможна длительная активная деятельность организма, включая трудовую активность в измененных условиях существования и способность воспроизведения здорового потомства.
Различные люди с разной скоростью и полнотой адаптируются к одним и тем же условиям среды. Скорость и полнота адаптации обусловлена состоянием здоровья, эмоциональной устойчивостью, физической тренированностью, типологическими особенностями, по лом, возрастом конкретного человека.
Адаптационные реакции также делят на ОБЩИЕ, ИЛИ НЕСПЕЦИФИЧЕСКИЕ, происходящие под влиянием практически любого достаточно сильного или длительного стимула и сопровождающиеся однотипными сдвигами функций организма, систем и органов в ответ на различные по характеру воздействия, и ЧАСТНЫЕ, ИЛИ СПЕЦИФИЧЕСКИЕ, проявляющиеся в зависимости от характера и свойств воздействующего фактора или их комплекса.
НЕСПЕЦИФИЧЕСКИЙ ответ организма на любое интенсивное воздействие на него назвал стрессом (напряжение, давление), а вызывающий его фактор - стрессором. Общий адаптационный синдром как ответная реакция на стрессор включает в себя усиление деятельности гипоталамуса, гипофиза, гипертрофию коры надпочечников. В дальнейшем были доказаны участие в стрессорной реакции практически всего организма и ведущая роль в этом центральной нервной системы.
Тем не менее, об адаптированности организма человека к новым условиям свидетельствуют восстановление полноценной физической и умственной работоспособности; его переносимость в субэкстремальных условиях; достаточно совершенная адаптированность к временным факторам; нормальный иммунный статус организма человека; воспроизведение здорового потомства; устойчивый уровень активности реакций и взаимодействия функциональных систем.
В развитии большинства адаптации прослеживается два ЭТАПА: начальный - «СРОЧНАЯ» адаптация, и последующий - «ДОЛГОВРЕМЕННАЯ» адаптация. «СРОЧНАЯ» адаптационная реакция развивается сразу с началом действия стрессора на основе готовых физиологических механизмов. Например, увеличение теплопродукции в ответ на холодовое воздействие или повышение легочной вентиляции при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и т. д. «Срочная» адаптация мобилизует функциональные резервы и часто в неполной мере обеспечивает адаптационный эффект.
«ДОЛГОВРЕМЕННАЯ» адаптационная реакция развивается посте пенно в результате длительного или многократного действия на организм факторов внешней среды. Эта адаптация происходит на основе многократной «срочной» адаптации. В итоге накопления структурных и функциональных изменений организм приобретает новое качество - из неадаптированного превращается в адаптированный. Именно переход от «срочной» адаптации к «долговременной» делает возможной стабильную жизнь организма в новых условиях.
Для готовности организма к адаптации и эффективности ее осуществления значительную роль играют факторы, укрепляющие общее состояние организма, стимулирующие его неспецифическую устойчивость:
Рациональное питание;
Обоснованный режим;
Адаптирующие медикаментозные средства;
Физическая тренировка;
Закаливание.
Из многообразия факторов развития адаптации особое место отводится физической тренировке, которая развивая механизм координации в нервной системе, обусловливает повышение обучаемости, тренируемости нервной системы и организма в целом.
Адаптация является специальной особенностью организма, которая позволяет ему приспосабливаться к изменению окружающей среды, если этого не происходит, появляются симптомы ее нарушения. Обычно это происходит в короткие сроки и не доставляет особых неудобств организму.
Нарушение адаптации является психосоматическим отклонением
Адаптация организма человека может происходить при изменении различных внешних факторов, таких как: температура, стресс, атмосферное давление, вид основной еды, содержание микроэлементов в употребляемой воде, уровне кислорода в воздухе. Адаптация происходит нормально при нормальном функционировании самого организма, но при его патологии или появлении нарушения, может давать сбой. Если есть симптомы нарушения психической адаптации, необходимо лечение.
Какие факторы могут влиять на уровень адаптации
Основной причиной нарушения психической адаптации является ослабление иммунной системы. Иммунная система является ключевой в формировании реакции на окружающий мир. Она отвечает за реакцию на возбудителей, на изменение количества микро- и макроэлементов, а также на изменение климата.То есть, она способствует психической адаптации, когда снижаются или повышаются внешние физические или химические факторы.
Иммунная система в данных случаях стимулирует или затормаживает выработку собственных факторов (иммуноглобулинов, циркулирующих иммунных комплексов, ферментов и гормонов). Еще одним из важных факторов является поддержание нормального уровня кровяных телец. Данные элементы отвечают за приспосабливание организма к изменению пищевого рациона или поступлению вредных микроорганизмов.
Ослабленный иммунитет вызывает сложности адаптации
Нормальное количество эритроцитов, лейкоцитов, лимфоцитов обеспечивает так называемый гомеостаз, то есть постоянство внутренних жидкостей организма. Постоянство крови и лимфы имеет немаловажную роль в адаптационной возможности организма. При их нормальном уровне, они отвечают за правильное функционирование организма и его приспособление к окружающей среде.
При снижении количества железа, поступающего в организм, они способны короткий промежуток времени поддерживать нормальный уровень гемоглобина и цветного показателя. Уровень железа в организме способствует его более стабильному состоянию во время психической адаптации. Если железа в организме нет в достаточном количестве, то появляются симптомы анемии. Сбалансированное питание также является незаменимым элементом адаптации организма к новым окружающим факторам. Оно обеспечивает клетки и ткани всем необходимым для их нормального функционирования.
Факторы, которые снижают адаптационные возможности организма
Основные факторы, которые влияют на адаптацию организма заключаются в следующем:
Железодефицитная анемия усложняет адаптацию организма к неблагоприятным факторам внешней среды
Иммунодефицитные состояния
Они могут быть вызваны хроническими заболеваниями, СПИДом, вирусными или глистными инвазиями, недостатком питания или употребляемой жидкости, это те нарушения, симптомы которых проявляются сразу.
Данные патологии влияют на такие среды организма, как:
- Кровь.
- Лимфа.
- Гормональные жидкости.
Нарушение их постоянно, что приводит к усилению реакции организма на изменение внешних факторов, то есть к ослаблению адаптационных возможностей. Организм медленнее привыкает к новым воздействиям, и они наносят ему больше вреда. Человек становится более чувствительным к смене температуры. То есть, изменение среднестатистической дневной температуры расценивается организмом как сильный холод или сильная жара.
Изменения состава жидкостей организма проводят к снижению адаптационных способностей
Так же данные изменения в организме приводят к снижению борьбы с новыми бактериями и вирусами. При попадании в организм новых возбудителей, он не может задействовать все свои возможности на борьбу с ним. Таким образом, он становится более восприимчив к новым заболеваниям, которые даже при мало вредных возбудителях могут нанести непоправимый ущерб человеческому организму, лечение это не исправит.
Нарушение психической адаптации, снижение гемоглобина и эритроцитов в крови приводит также к новым физическим нагрузкам. Из-за низкого уровня гемоглобина снижается снабжение кислородом тканей и клеток, то есть они не могут справиться с большей нагрузкой.
Резкие перепады климата
Человек очень восприимчив к изменению окружающей среды. Повышение или понижение температуры и влажности очень негативно сказываются на его здоровье, особенно на респираторной системе. Резкое изменение этих физических факторов может привести к гипер-, либо к гипосекреции слизистой дыхательных путей. В любом случае, это стресс для организма, который приведет к воспалительному процессу.
При смене климата организм может отреагировать изменениями секреции органов респираторной системы
Разница будет заключаться только в наличии патологического секрета. То есть при гипосекреции, которая будет вызвана понижением влажности или повышением температуры, человека будет мучить сухой надсадный кашель. А при повышении влажности или понижении температуры его будет беспокоить кашель с обильным выделением мокроты.
Особую опасность представляют факторы, которые приводят к образованию мокроты, так как в ней хорошо размножаются бактерии и приводят к гнойным процессам. Это может привести к пневмонии или абсцессу легкого.
Изменение атмосферного давления
Изменение давления – серьезный стресс для организма. Оно способно привести как снижению растворимости газов в крови, так и к ее повышению. Снижение растворимости приводит к так называемой кессонной болезни. Она возникает при повышении давления.
Снижение поступления кислорода в ткани вызывает гипоксию мозга
Чаще всего кессонная болезнь проявляется при погружении на большие глубины у не тренированных людей. Это приводит к снижению растворимости азота в крови и образованию из него пузырьков, которые могут закупоривать крупные и мелкие кровеносные сосуды. Этот стресс может привести к летальному исходу, ведь эффективной борьбы с ним не существует.
С другой стороны, подъем высоко в горы приводит к другой патологии, к которой организм не способен адаптироваться - горной болезни. Здесь механизм возникновения заключается в противоположном - повышение растворимости газов в крови приводят к понижению отдачи кислорода из кровяного русла в ткани, что приводит к гипоксии. То есть, наступает кислородное голодание тканей, в первую очередь, появляются симптомы гипоксии головного мозга. Проводится лечение с обязательным применением кислорода.
Изменение питания и употребляемой жидкости
Изменение питания или микроэлентного состава питьевой воды негативно сказывается на организме. Каждая пища содержит определенное количество белков, жиров и углеводов. При изменении рациона, в связи с выездом в другую местность, он изменяется. При этом даже при нормальном, достаточном питании может возникнуть недостаток одного или нескольких из этих необходимых веществ.
При смене рациона питания может возникнуть недостаток ферментов
Все это зависит не от энергетической ценности продукта, а от формы его нахождения. К примеру, человеку, который ел всю жизнь кролятину и курятину, будет сложно переваривать свинину, это стресс для организма. Это будет связано с тем, что он адаптирован вырабатывать количество ферментов на определенный вид мяса, и на более грубые их будет не хватать.
Изменение нагрузок
Нетренированному организму очень тяжело реагировать на увеличение нагрузок. Если человек всю жизнь ходил до работы 5 минут, то 30 минут будут приводить к повышенной утомляемости, появятся такие симптомы, как одышка, тахикардия и т.д. А вот если всю жизнь человек преодолевал большие расстояния, то для него уменьшение активности – стресс, который приведет к гиподинамии, что негативно скажется на многих системах организма.
Стресс как следствие сложных ситуаций
Для многих людей стрессовые ситуации приводят к сбою привычного ритма организма, но не у всех. Для тех, кто работает в экстремальных условиях, стресс не вызывает дискомфорта. Их нервная система способна быстро реагировать на новые и неожиданные задачи, что сохраняет нормальную ее работу. Обычный стресс не требует терапии, он проходит вместе с устранением провоцирующего фактора. Если он затягивается или сильно сказался на состоянии, необходимо соответствующее лечение.
Стресс влияет на работу нервной системы организма
Как улучшить адаптационные возможности организма
Существует много советов для улучшения психической адаптации организма, чтобы он в дальнейшем хорошо переносил стресс.
Лечение пониженной адаптации
Если есть первые признаки пониженной психической адаптации, нужно проводить лечение. Сделать это можно двумя путями: медикаментозным и психологическим. Медикаментозный метод заключается в применении иммуностимулирующих препаратов, таких как Элеутерококк, Эхинацея и их таблетированные аналоги. Лечение психологическим методом стимулирует человека к активной физической и социальной жизни. Чаще всего эти виды терапии объединяются в один комплекс.
Для лечения сниженной адаптации назначаются иммуностимулирующие препараты
Самым важным критерием в психической адаптации организма к стрессам является активность жизни. Чем больше активность жизни человека, тем более устойчив он будет к экстремальным ситуациям, как к физическим, так и психологическим. Это является важнейшим фактором. Тут стоит не забывать о том, что активностью считается не только физическая деятельность, но также важна часть эмоциональной и социальной сферы.
Совокупность этого всего позволит адаптироваться в любой ситуации с наименьшими последствиями для организма. Активность социальной и физической жизни является лучшим закаливанием для организма. Если есть первые симптомы нарушения психической адаптации, необходимо обращаться к врачу.
Ответы на вопросы о том, какова роль адаптации в жизни индивидуума и почему возникают ее нарушения, предоставлены в видео:
Адаптация – это приспособление организма к условиям среды за счет комплекса морфологических, физиологических, и поведенческих признаков.
Разные организмы приспосабливаются к различным условиям среды, и в результате появляются влаголюбы-гидрофиты и «сухотерпцы»-ксерофиты (рис. 6); растения засоленных почв – галофиты ; растения, устойчивые к затенению (сциофиты ), и требующие для нормального развития полного солнечного света (гелиофиты ); животные, которые обитают в пустынях, степях, лесах или на болотах, ведут ночной или дневной образ жизни. Группы видов со сходным отношением к условиям среды (то есть живущих в одних и тех же экотопах) называются экологическими группами.
Способности адаптироваться к неблагоприятным условиям у растений и животных различаются. В силу того, что животные подвижны, их адаптации более разнообразны, чем у растений. Животные могут:
– избегать неблагоприятных условий (птицы от зимней бескормицы и холода улетают в теплые края, олени и другие копытные кочуют в поисках корма и т.д.);
– впадать в анабиоз – временное состояние, при котором жизненные процессы настолько замедлены, что почти полностью отсутствуют их видимые проявления (оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и др.);
– приспосабливаться к жизни в неблагоприятных условиях (от мороза их спасают шерстный покров и подкожный жир, у пустынных животных есть приспособления для экономного расходования воды и охлаждения и т.д.). (Рис. 7).
Растения малоподвижны и ведут прикрепленный образ жизни. Поэтому у них возможны лишь два последних варианта адаптаций. Так, для растений характерно снижение интенсивности процессов жизнедеятельности в неблагоприятные периоды: они сбрасывают листья, зимуют в виде погребенных в почву покоящихся органов – луковиц, корневищ, клубней, сохраняются в состоянии семян и спор в почве. У моховидных способностью к анабиозу обладает все растение, которое в сухом состоянии может сохраняться несколько лет.
Устойчивость растений к неблагоприятным факторам повышается за счет специальных физиологических механизмов: изменение осмотического давления в клетках, регулирование интенсивности испарения с помощью устьиц, использование мембран-«фильтров» для избирательного поглощения веществ и др.
Адаптации у разных организмов вырабатываются с разной скоростью. Наиболее быстро они возникают у насекомых, которые за 10–20 поколений могут приспособиться к действию нового инсектицида, чем объясняются неудачи химического контроля плотностипопуляций насекомых-вредителей. Процесс выработки адаптаций у растений или птиц происходит медленно, в течение столетий.
Наблюдаемые изменения в поведении организмов обычно связаны со скрытыми признаками, которые были у них как бы «про запас», но под действием новых факторов проявились и повысили устойчивость видов. Такими скрытыми признаками объясняется устойчивость некоторых видов деревьев к действию промышленного загрязнения (тополь, лиственница, ива) и некоторых сорных видов к действию гербицидов.
В состав одной экологической группы часто входят организмы, которые не похожи друг на друга. Это связано с тем, что к одному и тому же фактору среды разные виды организмов могут адаптироваться по-разному.
Например, по-разному переживают холод теплокровные (их называют эндотермными , от греческих слов эндон – внутри и терме – тепло) и холоднокровные (эктотермные , от греческого эктос – снаружи) организмы. (Рис. 8.)
Температура тела эндотермных организмов не зависит от температуры окружающей среды и всегда более или менее постоянна, ее колебания не превышают 2–4 о даже при самых сильных морозах и самой сильной жаре. Эти животные (птицы и млекопитающие) поддерживают температуру тела внутренним теплообразованием на основе интенсивного обмена веществ. Тепло своего тела они сохраняют за счет теплых «шуб» из перьев, шерсти и др.
Физиологические и морфологические адаптации дополняются приспособительным поведением (выбор защищенных от ветра мест для ночлега, строительство нор и гнезд, групповые ночевки у грызунов, тесные группы пингвинов, согревающих друг друга, и т.д.). Если температура окружающей среды очень высокая, то эндотермные организмы охлаждаются за счет специальных приспособлений, например испарением влаги с поверхности слизистых оболочек ротовой полости и верхних дыхательных путей. (По этой причине в жару у собаки учащается дыхание и она высовывает язык.)
Температура тела и подвижность эктотермных животных зависит от температуры окружающей среды. Насекомые и ящерицы при прохладной погоде становятся вялыми, малоподвижными. Многие виды животных при этом обладают способностью к выбору места с благоприятными условиями температуры, влажности и освещения солнечным светом (ящерицы греются на освещенных плитах горных пород).
Впрочем, абсолютная эктотермность наблюдается только у очень маленьких организмов. Большинство холоднокровных организмов все-таки способно к слабой регуляции температуры тела. Например у активно летающих насекомых – бабочек, шмелей температура тела поддерживается на уровне 36–40 о С даже при температуре воздуха ниже 10 о С.
Аналогично различаются по своему облику виды одной экологической группы у растений. Они также могут приспосабливаться к одним и тем же условиям среды разными способами. Так, разные виды ксерофитов по-разному экономят воду: у одних – имеются толстые оболочки клеток, у других – опушение или восковой налет на листьях. Некоторые ксерофиты (например, из семейства губоцветные) выделяют пары эфирных масел, которые окутывают их как «одеялом», что снижает испарение. Корневая система у одни ксерофитов мощная, уходит в почву на глубину нескольких метров и достигает уровня грунтовых вод (верблюжья колючка), у других – поверхностная, но сильно разветвленная, что позволяет собирать воду осадков.
Среди ксерофитов есть кустарники с очень небольшими жесткими листьями, которые могут сбрасываться в самое сухое время года (карагана кустарниковая в степи, пустынные кустарники), дерновинные злаки с узкими листьями (ковыли, типчак), суккуленты (от латинского суккулентус – сочный). Суккуленты имеют сочные листья или стебли в которых накапливается запас воды, и легко переносят высокие температуры воздуха. К суккулентам относятся американские кактусы и растущий в среднеазиатских пустынях саксаул. Они обладают особым типом фотосинтеза: устьица открываются ненадолго и только в ночное время, в эти прохладные часы растения запасают углекислый газ, а днем используют его для фотосинтеза при закрытых устьицах. (Рис. 9.)
Разнообразие приспособлений к переживанию неблагоприятных условий на засоленных почвах наблюдается и у галофитов. Среди них есть растения, которые способны накапливать соли в своем теле (солерос, шведка, сарсазан), выделять избыток солей на поверхность листьев специальными железками (кермек, тамариксы), «не пускать» соли в свои ткани за счет непроницаемого для солей «корневого барьера» (полыни). В последнем случае растениям приходится довольствоваться малым количеством воды и они имеют облик ксерофитов.
По этой причине не следует удивляться тому, что в одних и тех же условиях встречаются непохожие друг на друга растения и животные, которые приспособились к этим условиям разыми способами.
Контрольные вопросы
1. Что такое адаптация?
2. За счет чего животные и растения могут приспосабливаться к неблагоприятным условиям среды?
2. Приведите примеры экологических групп растений и животных.
3. Расскажите о разных приспособлениях организмов к переживанию одних и тех же неблагоприятных условий среды.
4. В чем различие приспособлений к низким температурам у эндотермных и эктотермных животных?
Loading...