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

§ 82. Адаптація до впливу екологічних факторів

Поміркуйте

  • Як передається енергія між організмами в екосистемі?

Згадайте

  • Норма реакції
  • Модифікаційна мінливість
  • Спадкова мінливість

Фізіологічні адаптації

Існує декілька рівнів адаптації організмів до екологічних факторів, що діють на них. Пристосування виникають на рівні окремого організму, біологічного виду або ж цілої біосистеми.

Адаптації на рівні організму виникають під час різкої зміни звичних умов середовища. Наприклад, під дією яскравих сонячних променів на шкірі з'являється засмага як захисна реакція від пошкодження жорстким ультрафіолетовим випромінюванням. У разі підвищення температури повітря посилюється транспірація в рослин. Під час зміни клімату відбувається звикання до нових умов — акліматизація.

Адаптації такого типу належать до фізіологічних адаптацій. Це пристосування фізіолого-біохімічних особливостей організму до впливу зовнішніх факторів, які діють у процесі їх індивідуального розвитку — онтогенезу.

Фізіологічні адаптації мають індивідуальний характер: реакції різних особин різняться між собою. Наприклад, засмага на сонці з'являється в усіх людей, однак хтось засмагає сильніше, а хтось злегка.

Фізіологічні адаптації розвиваються швидко та є оборотними. Вони проявляються як модифікаційна мінливість і виникають на основі вже існуючих морфологічних, фізіологічних та біохімічних особливостей організму.

Зміни під час фізіологічних адаптацій ніколи не виходять за межі норми реакції. Навіть найсильніша засмага в європейців не може зрівнятися з кольором шкіри корінних жителів Африки. Це відбувається тому, що відмінності в кольорі шкіри населення Європи та Африки є результатом не фізіологічної, а еволюційної адаптації.

Еволюційні адаптації

Еволюційні адаптації — це генетично закріплені морфологічні, фізіологічні й біохімічні особливості організмів, які виникають на рівні популяцій або біологічних видів у ході їхньої еволюції.

Такі адаптації виникають під дією природного добору. Вони формуються довго, протягом низки поколінь. Під тиском зовнішніх факторів поступово відбувається добір особин із найбільш пристосованими генотипами, у результаті чого в генофондах популяцій або видів закріплюються набори генів, відповідальних за пристосувальні особливості.

Еволюційні адаптації утворюються саме до тих умов, у яких вони формувалися. Наприклад, рослини пустель пристосувалися до дефіциту води: вони ефективно запасають її в тканинах, знижують транспірацію за рахунок морфологічних змін листків. Корінні жителі високогір'їв, де повітря значно розріджене, мають спадкоємні адаптації до низької концентрації кисню: у них велика грудна клітка, збільшений об'єм легень, підвищена кількість еритроцитів у крові.

Еволюційні адаптації є груповими: вони однакові в усіх особин популяції або виду. Саме еволюційні адаптації визначають межі модифікаційної мінливості й норму реакції.

Адаптації на рівні біосистем

На одній території мешкає велика кількість різних видів, адаптованих до тих самих абіотичних умов. Окрім того, види вибудовують певні взаємозв'язки один з одним. Так формується біосистема. Показником адаптованості біосистеми до певного середовища є ефективність її функціонування в цьому середовищі. Адаптованість біосистеми поділяють на енергетичну, ресурсну й інформаційну.

Енергетична адаптованість — це відповідність кількості енергії, що надходить до біосистеми, витратам на її функціонування.

Дізнайтеся більше

Показовим прикладом речовинної адаптованості є амінокислотний склад білків. Відомо, що в природі трапляється близько 500 видів амінокислот, однак до складу білків входять лише 20. Уважається, що ці 20 амінокислот були найпоширенішими й найдоступнішими в навколишньому середовищі на перших етапах формування життя. Тому вони ввійшли до складу білків і закріпилися в генетичному коді.

Як ви вже знаєте, у біологічних системах передача енергії відбувається разом із речовиною по трофічних ланцюгах: поглинута їжа джерелом енергії для кожного наступного організму. Перша ланка в цьому ланцюзі — рослини. Загальна кількість енергії, яка може циркулювати в біосистемі, залежить від того, скільки сонячної енергії було перетворено автотрофами на органічну речовину в процесі фотосинтезу.

Тобто енергія будь-якої біосистеми залежить від маси зелених рослин (або ціанобактерій) та інтенсивності їхнього фотосинтезу. Очевидно, що енергетичний баланс біосистеми залежить від кліматичної зони. Найбільш біологічно бідними зонами на Землі є пустельна й арктична. Кількість доступної енергії, яку використовують біосистеми цих зон, украй мала. Один зі способів адаптації організмів, які там живуть,— зменшення енерговитрат на основний обмін. Наприклад, тварини знижують добову активність, впадають у сплячку або анабіоз.

Речовинна адаптованість — це відповідність характеру біохімічних процесів біосистеми тим хімічним ресурсам, які доступні в навколишньому середовищі. Цей вид адаптованості реалізується за рахунок збалансованості раціону й ефективності використання речовин (мал. 82.1).

Наприклад, в умовах посушливого клімату організми насамперед підтримують водний баланс. Кожний вид використовує для цього власні еволюційно вироблені механізми: зменшення транспірації, виділення дуже концентрованої сечі тощо.

Мал. 82.1. Для утворення свого скелету морські одноклітинні використовують доступні для них речовини: наприклад, радіолярії — сполуки Силіцію, а форамініфери — сполуки Кальцію

Інформаційна адаптованість — це ефективне використання інформаційних потоків для забезпечення функціонування біосистеми.

У будь-якому середовищі в організмів розвиваються ті сенсорні системи, які оптимально відповідають сигналам певного середовища. Наприклад, комунікація найдрібніших водяних організмів ґрунтується на хеморецепції — сприйнятті хімічних сигналів, які створюються добре розчинними у воді речовинами. У наземному середовищі набагато більшого значення має фоторецепція. Зокрема, реакція на освітленість є глобальним регулятором річних циклів (фотоперіодизму) у переважної більшості живих організмів.

Складне, мінливе навколишнє середовище, активний спосіб життя передбачають розвиток у тваринних органів рецепції й ускладнення інформаційних сигналів. Життя у великих організованих групах найбільше сприяє розвитку сигналів комунікації.

Ключова ідея

Адаптації організмів до екологічних факторів можуть бути фізіологічними (індивідуальними, у межах модифікаційної мінливості) та еволюційними (груповими як результат поколінь добору). Адаптованість цілих біосистем поділяють на енергетичну, ресурсну й інформаційну.

Запитання та завдання

1. Складіть порівняльну таблицю. Запишіть в один стовпчик фізіологічні, а в інший — еволюційні адаптації: а) рослин до посухи; б) людини до хронічної нестачі кисню (гіпоксії). 2. Якими можуть бути фізіологічні адаптації до холодного клімату? 3. Поясніть, чому органічний світ дуже бідний: а) в арктичному поясі; б) у пустелях. 4. Чи здатні рослини до інформаційної адаптованості?