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

§ 2. Закономірності формування та властивості адаптацій

Чому дельфіни мають обтічну форму тіла? Як організми підтримують свій гомеостаз? Які тварини здійснюють міграції і навіщо? Чому ведмеді впадають у сплячку і які переваги вони тим самим отримують? Чому в різних видів птахів різна форма крил?

Форми адаптацій

За механізмом пристосування адаптації бувають морфологічні, фізіолого-біохімічні або етологічні (поведінкові). Морфологічні адаптації відбуваються шляхом зміни особливостей будови тіла. Так, видовження шиї жирафи забезпечує доступ до листків із верхніх ярусів дерев. Фізіолого-біохімічні адаптації відбуваються за рахунок змін внутрішніх процесів організму. Наприклад, у риб, які заходять для нересту з моря в річки, починають діяти фізіологічні механізми, які перешкоджають виведенню солей з організму і запобігають порушенню гомеостазу.

Поведінкові адаптації утворюються за участі центральної нервової системи. Прикладом такої адаптації є поведінка слонів в Анголі. Під час громадянської війни в цій країні слони часто підривалися на протипіхотних мінах. Але через деякий час вони навчилися впізнавати заміновані місця (скоріше за все, за запахом) і стали обходити їх.

Більшість адаптацій є поєднанням названих форм. Вони можуть стосуватися і будови тіла, і поведінки, і зовнішнього вигляду, і біохімічного складу клітин (мал. 2.1).

Мал. 2.1. Адаптація серпокрильця до умов існування

Морфологічні адаптації:

• обтічна форма тіла (здатність до польоту);

• довгі крила (швидкий політ);

• широкий рот (ловля літаючих комах).

Фізіолого-біохімічні адаптації:

здатність пташенят впадати в анабіоз під час різкого зниження температури.

Поведінкові адаптації:

сезонні перельоти в місця зимівлі (восени) і гніздування (весною).

Властивості адаптацій

Основними властивостями адаптацій можна вважати такі:

— до дії одного й того самого фактора адаптація може здійснюватися різними шляхами;

— будь-яка адаптація є відносною.

Прикладами різних шляхів адаптації до дії одного фактора є адаптації різних тварин до низьких зимових температур на території Євразії. Так, із настанням холодів у зайців виростає тепле й густе зимове хутро (структурна адаптація), ведмеді впадають у зимовий сон, суттєво вповільнюючи свій обмін речовин (фізіологічна адаптація), а лелеки перелітають у південні регіони (поведінкова адаптація).

Адаптації відносні, тому що фактори, до дії яких організми адаптуються, не є незмінними. І певні зміни в середовищі існування можуть спричинити навіть вимирання виду, хоча раніше він набув адаптацій, що були необхідні для виживання в цьому середовищі. Так, білий колір зимового хутра зайця-біляка суттєво підвищує його шанси на виживання, бо він менш помітний для хижаків на фоні снігу. Але в ситуації зміни клімату, коли сніг випадає дуже пізно, ця адаптація стає недоліком. Бо зайця з білим хутром у лісі з опалим листям без снігу видно набагато краще.

Будь-які адаптації живих організмів ґрунтуються на законах фізики й хімії. Тому аналіз виявлених ученими закономірностей у формуванні адаптацій дозволяє вивчити механізми, на яких вони засновані. Прикладами таких закономірностей є правила Бергмана і Алена.

Правило Бергмана

Це правило було запропоновано німецьким ученим-екологом К. Бергманом (1847 р.). Воно пов'язує розмір тіла тварин із впливом на них температури. Згідно з правилом Бергмана, розмір тіла тварин одного виду (або кількох близьких видів одного роду) є більшим у холодніших частинах ареалу і меншим у тепліших його частинах.

Правило Бергмана добре проявляється у представників роду Ведмідь (Ursus) (мал. 2.2, с. 10). Наприклад, середня маса тіла білого ведмедя, який живе в полярних регіонах, дорівнює приблизно 300-400 кг. Бурий ведмідь живе південніше за білого і має масу тіла в середньому 200-250 кг. А в мешканця найбільш південних районів Євразії — гімалайського ведмедя — середня маса тіла є найменшою — 135 кг.

Мал. 2.2. Прояв правила Бергмана на прикладі білого, бурого й гімалайського ведмедів

Правило Бергмана засновано на різниці втрати тепла в тіл різного розміру. За умови збільшення розмірів тіла у тварин їхній об'єм збільшується набагато швидше, ніж площа поверхні. І тепло, яке виробляється в організмі, має менше можливостей для виходу з організму.

В умовах холодного клімату така адаптація дозволяє ефективно економити ресурси організму. А в умовах жаркого клімату більш вигідним є менше тіло. У цьому випадку співвідношення поверхня/об'єм змінюється на користь поверхні. Вироблене в результаті обміну речовин тепло легше виводиться з організму, що вберігає його від перегріву.

Правило Алена

Правило Алена було сформульовано американським ученим-екологом Дж. Аленом (1877 р.). Це правило пов'язує розмір виступаючих частин тіла (наприклад вух) теплокровних тварин із температурними особливостями клімату. Згідно з правилом Алена, найменші розміри виступаючих частин тіла мають тварини, які живуть у найбільш холодних регіонах, а найбільші — жителі найбільш теплих країв.

Так, серед лисиць (мал. 2.3) найменший розмір вушних раковин має песець, який живе в полярних регіонах. У лисиці, мешканки помірної зони, вуха трішки більші. А найбільші вуха в цій групі має фенек, ареал якого охоплює пустелі Північної Африки.

Мал. 2.3. Прояв правила Алена на прикладі лисиць: песця, звичайної лисиці й фенека

Правило Алена, як і правило Бергмана, також відображає адаптації тварин до обміну тепла з навколишнім середовищем. Виступаючі частини тіла можуть суттєво збільшувати площу його поверхні без суттєвого збільшення об'єму. Тому великі виступаючі частини тіла є гарною адаптацією до жарких умов існування, коли організму треба швидко позбуватися зайвого виробленого тепла. А в холодних умовах такі поверхні краще максимально зменшити, щоб забезпечити збереження тепла в організмі.

Отже, тепер ви знаєте

1. Які бувають адаптації? 2. Чому адаптації є відносними? 3. У чому полягає правило Бергмана? 4. У чому полягає правило Алена?

Запитання та завдання

5*. Дві екологічні групи рослин — ефемери й сукуленти — успішно адаптувалися до умов життя в пустелі. Але їх адаптації є різними. Поясніть різницю між їхніми способами адаптації до умов життя в пустелі. 6. Який із підвидів тигра — суматранський чи уссурійський, — згідно з правилом Бергмана, повинен мати більший розмір тіла і чому? 7*. На конкретних прикладах поясніть, як тварини адаптуються до умов життя в пустелях за допомогою структурних, фізіологічних і поведінкових адаптацій.