Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 31. Механізми адаптацій

Поміркуйте

  • Чи всі можливі для певного виду адаптації проявляються в кожного індивіда?

Згадайте

  • Зчеплення генів
  • Норма реакції
  • Дрейф генів
  • Генотип, фенотип

Чи всі ознаки є адаптивними?

Чи всі особливості живих істот обов'язково мають пристосувальний характер? На перший погляд, здається, що так, адже всі структури та процеси в організмі так чи інакше підпорядковані меті виживання і розмноження. Однак варто усвідомити, що природний добір працює з набором випадкових мутацій, які первинно не мають жодної функції. Значна кількість мутацій є нейтральною з точки зору природного добору і закріплюється випадково, через дрейф генів або зчеплення з корисними ознаками. Так, різноманіття форм листкової пластинки європейських видів клену складно пояснити адаптивними причинами (мал. 31.1). А закріплення у собак ознак, пов'язаних з одомашненням (закручення хвосту, плямистість, висловухість), зумовлене зчепленням цих ознак із генами, що регулюють онтогенез нервової системи (мал. 31.2).

Генотипні і фенотипні адаптації

Адаптації, як будь-які інші прояви життєдіяльності, завжди є результатом активності геному. Однак це не означає, що кожна успадкована пристосувальна структура або реакція властива організму за будь-яких умов. У мінливому середовищі важливо мати певний рівень фенотипічної пластичності, тобто здатності змінювати особливості організму, підлаштовуючись під навколишні обставини. У зв'язку з цим адаптації розділяють на генотипні та фенотипні.

Генотипні адаптації формуються незалежно від впливу навколишнього середовища в результаті реалізації жорстко детермінованих спадкових програм.

Фенотипні адаптації проявляються як відповідь індивіда на дію певного чинника. Можливий діапазон спричиненого середовищем варіювання ознак називається нормою реакції і теж закріплений генетично (мал. 31.3).

Мал. 31.1. Різноманіття форм листкової пластинки видів роду Клен, найімовірніше, не пов'язане з адаптаціями

Мал. 31.2. Ознаки сріблясто-чорних лисиць, що з'явилися в процесі одомашнення: закручений хвіст, плямистість. Такі ж ознаки відомі в домашніх собак

Мал. 31.3. Приклад фенотипної адаптації кульбаби лікарської до різних умов

Рівні адаптаційних змін

Хоча адаптації завжди виникають на рівні генів, проявлятися вони можуть на різних рівнях організації. Так, на клітинному рівні адаптації проявляються через зміну кількості, об'єму, активності органел, на рівні тканин і органів — у ступені їхнього розвитку, характері їх взаємного розташування і зв'язку. На рівні організму адаптації проявляються у виборі місцеперебування індивіда, діяльності, спрямованій на живлення, захист, побудову житла, а на рівні популяцій та екосистем — у різноманітних формах взаємодії між особинами.

Клітинні механізми адаптації

Попри різноманіття організмів, клітинні механізми фізіологічної реакції на зміну умов довкілля багато в чому є спільними, бо мають однакову мету: компенсацію можливих порушень обміну речовин, захист клітинних мембран і ферментів, усунення порушень обміну води й електролітів тощо. Усе це досягається шляхом активації синтезу сигнальних та регуляторних молекул: протеїнкіназ, цитокінів, білків теплового шоку тощо. У критичних умовах клітина може запустити механізм апоптозу (запрограмованої загибелі), щоб уберегти сусідні клітини від зараження патогеном або розвитку пухлини (мал. 31.4).

Мал. 31.4. Апоптоз є прикладом клітинного механізму адаптації

Короткочасні і довготривалі адаптації

Якщо на живий організм починає діяти певний чинник, виживання залежатиме від того, як швидко вдасться пристосуватися до нових умов. Так виникають короткочасні, або термінові адаптації. Вони реалізуються на основі готових, раніше сформованих фізіологічних програм: збільшення теплопродукції у відповідь на холод, збільшення обсягу циркулюючої крові у відповідь на фізичне навантаження, пристосування ока до темряви тощо. Короткочасні адаптації потребують використання всіх наявних резервів організму, тож вони не можуть підтримуватись занадто довго. Отже, якщо стресовий чинник діє на організм постійно або багаторазово, виникають довготривалі адаптації, пов'язані із суттєвими фізіологічними та анатомічними змінами. До таких адаптацій належать, приміром, пристосування людини до постійного фізичного навантаження, занурення на великі глибини, життя у високогір'ї.

Фенотипні адаптації формуються в результаті реакції на якийсь чинник (скажімо, мороз, спеку, темряву). Але дія цього чинника в певний момент може закінчитись. Щоб адекватно відреагувати на нові умови довкілля, організм має зупинити механізми, які забезпечували його пристосованість до попереднього стану довкілля. У цьому проявляється оборотність фізіологічних адаптацій.

Ключова ідея

Не всі ознаки є адаптивними. Не всі адаптації реалізуються за будь-яких умов. Фенотипічні адаптації, що виникають у відповідь на зміни довкілля, можуть бути короткочасними і довготривалими. Після припинення дії стимулюючого чинника адаптації можуть зникати.

Запитання та завдання

1. Які короткочасні і довготривалі адаптації до фізичного навантаження виникають у людини? 2. Чи можуть адаптації до різних за природою впливів мати однакові прояви? Наведіть приклади. 3. Спробуйте знайти приклади ознак рослин і тварин, адаптивність яких можна поставити під сумнів.