Адаптация как результат отбора. Классификация адаптаций.

Биологическая адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — приспособление организма к внешним условиям в процессе эволюции, включая морфофизиологическую и поведенческую составляющие. Адаптация может обеспечивать выживаемость в условиях конкретного местообитания, устойчивость к воздействию факторов абиотического и биологического характера, а также успех в конкуренции с другими видами, популяциями, особями..

Морфологические адаптации. Эти адаптации связаны с особенностями строения тела. Причём, как и все остальные типы адаптаций, морфологические приспособления с точки зрения эволюционной значимости подразделяются на общие, которые затрагивают обычно крупные таксоны (отряды, классы, типы), и специальные, связанные с более узкими условиями существования (виды, группы видов). Например, возникновение крыла у птиц – это крупнейшее изменение, которое дало возможность живым организмам завоевать воздушное пространство. Впоследствии на его основе возникали вторичные и третичные адаптации, например особенности строения крыла, связанные с типом полёта. Сравните бреющий полёт буревестника и маневренный полёт колибри, позволяющий птице зависать в воздухе в одной точке и давать задний ход.

Классическим примером приспособлений служит строение ноги у разных видов птиц. Ярким примером адаптаций к разным типам питания является разнообразная форма птичьих клювов

Плоская форма тела придонных рыб и торпедообразное тело акул, густой шерстный покров у северных млекопитающих, гибкое тело у норных животных – это примеры морфологических адаптаций у животных. Подобные формы адаптаций существуют и в растительном царстве. В высокогорных районах и в тундре большинство растений имеют стелющиеся и подушковидные формы, которые устойчивы к сильным ветрам, зимой легко укрываются снегом и не повреждаются в сильные морозы.

Покровительственная окраска. Такая окраска служит прекрасным способом защиты от врагов для многих видов животных. Благодаря ей животные становятся менее заметны.

Покровительственную окраску имеют многие виды насекомых, например окраска крыльев ночных бабочек полностью сливается с той поверхностью, на которой они проводят дневные часы. Неразличимы в траве зелёные кузнечики, в пустыне – песочно-жёлтые ящерицы, на снегу – полярные песцы. Следует отметить, что в районах Крайнего Севера среди животных очень распространена белая окраска, делающая их незаметными на снежной поверхности (полярные медведи, совы, белая куропатка и многие другие) У некоторых животных существует характерная яркая окраска, образованная чередованием светлых и тёмных полос или пятен (тигры, леопарды, пятнистые олени, детёныши кабана). Такая окраска имитирует чередования света и тени в окружающей природе и делает животных менее заметными в густых зарослях зависимости от условий освещённости способны менять свою окраску хамелеоны, осьминоги и другие животные.

Предостерегающая окраска. У ряда животных вместо покровительственной окраски развивается предостерегающая, или угрожающая. Как правило, такая окраска свойственна жалящим или имеющим ядовитые железы насекомым. Птица, отведавшая ядовитую божью коровку или ярко-полосатого шмеля, вряд ли будет пытаться сделать это снова.

Маскировка. Хорошим средством защиты от врагов служит не только скрывающая окраска, но и маскировка – соответствие формы тела объектам живой и неживой природы. Сходство с предметами окружающей среды позволяет многим животным избегать нападения хищников. Практически неразличима в зарослях морских водорослей рыба-игла. Форма тела некоторых насекомых напоминает листья, кору, веточки или колючки растений

Мимикрия. Многие безобидные животные в процессе эволюции приобрели сходство с ядовитыми видами. Это явление подражания беззащитного вида хорошо защищённым и имеющим предостерегающую окраску неродственным видам называют мимикрией (от греч. mimikos – подражательный). Непривлекательны для насекомоядных птиц пчёлы и их подражатели – мухи-журчалки Многие неядовитые змеи очень похожи на ядовитых, а узор на крыльях некоторых бабочек напоминает глаза хищников.

Биохимические адаптации. Многие животные и растения способны образовывать различные вещества, которые служат им для защиты от врагов и для нападения на другие организмы. Пахучие вещества клопов, яды змей, пауков, скорпионов, токсины растений относятся к такого рода приспособлениям.

Биохимическими адаптациями также является появление особой структуры белков и липидов у организмов, обитающих при очень высоких или низких температурах. Подобные особенности позволяют этим организмам существовать в горячих источниках или, наоборот, в условиях вечной мерзлоты.

Физиологические адаптации. Эти адаптации связаны с перестройкой обмена веществ. Без них невозможно поддержание гомеостаза в постоянно меняющихся условиях внешней среды.

Человек не может долго обходиться без пресной воды из-за особенностей своего солевого обмена, но птицы и рептилии, проводящие большую часть жизни в морских просторах и пьющие морскую воду, приобрели специальные железы, которые позволяют им быстро избавляться от избытка солей.

Многие пустынные животные перед наступлением засушливого сезона накапливают много жира: при его окислении образуется большое количество воды.

Поведенческие адаптации. Особый тип поведения в тех или иных условиях имеет очень большое значение для выживания в борьбе за существование. Затаивание или отпугивающее поведение при приближении врага, запасание корма на неблагоприятный период года, спячка животных и сезонные миграции, позволяющие пережить холодный или засушливый период, – это далеко не полный перечень разнообразных типов поведения, возникающих в ходе эволюции как приспособления к конкретным условиям существования Следует отметить, что многие виды адаптаций формируются параллельно. Например, защитное действие покровительственной или предупреждающей окраски значительно повышается при сочетании её с соответствующим поведением. Животные, имеющие покровительственную окраску, в минуту опасности замирают. Предостерегающая окраска, наоборот, сочетается с демонстративным поведением, отпугивающим хищника.

Особую важность имеют поведенческие адаптации, связанные с продолжением рода. Брачное поведение, выбор партнёра, образование семьи, забота о потомстве – эти типы поведения являются врождёнными и видоспецифичными, т. е. у каждого вида существует своя программа полового и детско-родительского поведения

Относительный характер адаптаций. Все живые организмы оптимально приспособлены к условиям своего обитания, будь это пустыня или экваториальные леса, морские глубины или саванны. Каждый организм имеет множество адаптаций, которые образовывались в результате действия естественного отбора во вполне определённых условиях среды. При изменении этих условий адаптации могут потерять свою приспособительную ценность и даже принести вред их обладателю, т. е. адаптации имеют относительную целесообразность. Белая зимняя окраска зайцев становится опасной в периоды оттепелей или в малоснежные зимы (рис. 33). Если внешние условия изменятся очень резко, новые адаптации не успеют сформироваться, что приведёт к вымиранию больших групп организмов, как это случилось более 60 млн лет назад с динозаврами.

 

Морфологические адаптации. Примеры.

Морфологические адаптации

Они связаны с изменением строения тела. Например, появление перепонок между пальцами ног у водоплавающих животных (амфибий, птиц и др.), густого шерстного покрова у северных млекопитающих, длинных ног и длинной шеи у болотных птиц, гибкого тела у норных хищников (например, у ласки) и т. п. У теплокровных животных при продвижении на север отмечается увеличение средних размеров тела (правило Бергмана), что уменьшает относительную поверхность и теплоотдачу. У придонных рыб формируется плоское тело (скаты, камбала и др.). У растений в северных широтах и высокогорных районах часты стелющиеся и подушковидные формы, меньше повреждаемые сильными ветрами и лучше согреваемые солнцем в припочвенном слое.

Морфологические адаптации проявляются в преимуществах строения, покровительственной окраске, предостерегающей окраске, мимикрии, маскировке, приспособительном поведении.

Преимущества строения – это оптимальные пропорции тела, расположение и густота волосяного или перьевого покрова и т.п. Хорошо известен облик водного млекопитающего – дельфина. Его движения легки и точны. Самостоятельная скорость движения в воде достигает 40 километров в час. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Как дельфину удается преодолеть её? Помимо других особенностей строения идеальной приспособленности дельфина к среде обитания и образу жизни способствует форма тела. Торпедовидная форма тела позволяет избежать образования завихрений потоков воды, обтекающих дельфина.

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 скорости передвижения намного превосходят всех других животных. Например, сокол сапсан пикирует на свою жертву со скоростью до 290 километров в час. Птицы быстро двигаются даже в воде. Наблюдали антарктического пингвина, плывущего под водой со скоростью около 35 километров в час.

У животных, ведущих скрытный, затаивающийся образ жизни, полезным оказываются приспособления, придающие им сходство с предметами окружающей среды. Причудливая форма тела у рыб, обитающих в зарослях водорослей (морской конёк-тряпичник, рыба-клоун, морская игла и др.), помогает им успешно скрываться от врагов. Сходство с предметами среды обитания широко распространено у насекомых. Известны жуки, своим внешним видом напоминающие лишайники, цикады, сходные с шипами тех кустарников, среди которых они живут. Насекомые палочники похожи на небольшую бурую или зелёную веточку, а прямокрылые насекомые имитируют лист. Плоское тело имеют рыбы, ведущие придонный образ жизни (напр., камбала).

Покровительственная окраска позволяет быть незаметным среди окружающего фона. Благодаря покровительственной окраске организм становится трудно различимым и, следовательно, защищенным от хищников. Яйца птиц, откладываемые на песок или на землю, имеют серый и бурый цвет с пятнышками, сходный с цветом окружающей почвы. В тех случаях, когда яйца недоступны для хищников, они обычно лишены окраски. Гусеницы бабочек часто зелёные, под цвет листьев, или тёмные, под цвет коры или земли. Донные рыбы обычно окрашены под цвет песчаного дна (скаты и камбалы). При этом камбалы обладают ещё способностью менять окраску в зависимости от цвета окружающего фона. Способность менять окраску путём перераспределения пигмента в покровах тела известна и у наземных животных (хамелеон). Животные пустынь, как правило, имеют желто-бурую или песочно-желтую окраску. Однотонная покровительственная окраска свойственна как насекомым (саранча) и мелким ящерицам, так и крупным копытным (антилопы) и хищникам (лев).

Если фон среды не остается постоянным в зависимости от сезона года, многие животные меняют окраску. Например, обитатели средних и высоких широт (песец, заяц, горностай, белая куропатка) зимой имеют белую окраску, что делает их незаметными на снегу.

Вариант покровительственной окраски – расчленяющая окраска в виде чередования на теле светлых и тёмных полос и пятен. Зебры и тигр плохо видны уже на расстоянии 40-50 метров из-за совпадения полос на теле с чередованием света и тени в окружающей местности. Расчленяющая окраска нарушает представления о контурах тела.

Предостерегающая (угрожающая) окраска предупреждает потенциального врага о наличии защитных механизмов (наличие ядовитых веществ или специальных органов защиты). Предостерегающая окраска выделяет из окружающей среды яркими пятнами или полосами ядовитых, жалящих животных и насекомых (змеи, осы, шмели).

Эффективность предостерегающей окраски послужила причиной очень интересного явления – подражания (мимикрии)

Мимикрия и ее формы. Примеры.

Мимикри́ я (подражание, маскирование, фр. mimé tisme, англ. mimicry) — выражение, введённое в зоологию первоначально Бейтсом для обозначения некоторых особенных случаев чрезвычайного внешнего сходства между различными видами животных, принадлежащих к различным родам и даже семействам и отрядам.

В узком смысле мимикрия — это сходство между двумя (и более) видами организмов, которое выработалось в ходе эволюции как защитное у одного или обоих видов. В широком смысле этим же термином нередко обозначают также все резко выраженные случаи подражательной окраски и сходства животных с неодушевлёнными предметами.

Впервые одну из форм мимикрии описал в 1852 году Генри Бейтс. Самый наглядный пример так называемой бейтсовской мимикрии можно наблюдать у бабочек. Гусеницы бабочки-монарха накапливают гликозид — токсичное химическое вещество, образующееся у них как побочный продукт метаболизма, и это вещество передается взрослой бабочке. Из-за этого бабочка неприятна на вкус (и даже ядовита) для птиц — главных охотников на бабочек. Поэтому, однажды попробовав бабочку-монарха, птицы в дальнейшем уже не посягают на них. Несколько вполне приятных на вкус и безвредных бабочек использовали в своих целях дурную славу химического оружия, которое бабочка-монарх применяет для защиты от хищников. Например, бабочка-ленточник имеет такую же черно-оранжевую окраску, как и бабочка-монарх, и их легко перепутать. Поэтому хищники не трогают бабочку-ленточника, а значит, с точки зрения теории Дарвина, она тоже «более приспособлена».

Другую форму мимикрии впервые описал в 1878 году немецкий натуралист Фриц Мюллер (Fritz Mü ller, 1822–97). Наилучшей иллюстрацией мюллеровской мимикрии, как ее теперь называют, являются жалящие насекомые, такие как осы и пчелы. На теле этих насекомых имеется хорошо заметный полосатый рисунок. Идея заключается в том, при расширении «кольца» насекомых с отличительной окраской потенциальные агрессоры с большей вероятностью пройдут описанный выше процесс обучения. Например, птица, ужаленная осой одного вида, будет избегать ос и других видов. Согласно принципу мюллеровской мимикрии, каждый вид с подражательной окраской или формой может оставить о себе неприятные воспоминания — острую боль в случае пчел и ос.

Итак, основное различие между двумя формами мимикрии заключается в следующем: осы действительно жалят, поэтому в основе мюллеровской мимикрии лежит реальность, тогда как бейтсовская мимикрия не более чем блеф, и хищников, игнорирующих отпугивающую окраску, не ожидают никакие неприятности.

Мимикрия цвета

Изучением явления мимикрии с точки зрения эволюционной теории занимался особенно Уоллес. Самое широко распространённое и давно известное явление представляет общее соответствие, гармония в окраске животного с местом его обитания. Среди арктических животных весьма часто наблюдается белая окраска тела. У одних — в течение круглого года: белый медведь, полярная сова, гренландский сокол; у других, живущих в местностях, на лето освобождающихся от снега, бурая окраска сменяется на белую только к зиме: песец, горностай, заяц-беляк. Выгода подобного рода приспособления очевидна.

Мимикрия формы

Наконец, известны случаи, когда животные приобретают необыкновенное сходство не только по окраске, но и по форме с отдельными предметами, среди которых живут, что и называют подражанием. Особенно много таких примеров между насекомыми. Гусеницы бабочек-пядениц (Geometridae) живут на ветвях растений, с которыми сходны по цвету, и имеют привычку, прикрепившись задними ногами, вытягивать и держать неподвижно на воздухе своё тело. В этом отношении они до такой степени напоминают маленькие сухие веточки растений, что самый зоркий и опытный глаз с трудом может их разглядеть. Другие гусеницы имеют сходство с экскрементами птиц, с опавшими серёжками берёз и т. п.

Мимикрия звука

Существует множество животных, использующих как защитный механизм звуковое подражание. В основном данное явление встречается среди птиц. Например, кроличий сыч, живя в норах грызунов, может имитировать шипение змеи^[1].

Хищный кузнечик Chlorobalius leucoviridis, распространённый в Австралии, издаёт звуки, имитирующие брачные сигналы цикад самок, привлекая самцов соответствующих видов^[2].

Овца в волчьей шкуре

Некоторые организмы, чтобы избежать нападения со стороны хищников, с которыми часто сталкиваются, изображают самих хищников. Костариканская бабочка Brenthia hexaselena внешним видом и движениями изображает паука Phiale formosa (паук раскрывает обман всего в 6 % случаев)^[3]. Одна плодовая мушка копирует зебрового паука-скакуна, который является территориальным хищником: встретив паука, насекомое расправляет крылья с изображёнными на них паучьими ножками и подскакивает к пауку, а паук, думая, что попал на чужую территорию, убегает. В колониях бродячих муравьёв в Южной Америке встречаются жуки, копирующие муравьёв запахом и походкой.

Коллективная мимикрия

При коллективной мимикрии большая группа небольших по размерам организмов сбивается в плотное скопление, чтобы создать образ крупного животного (иногда определённого вида) или растения.

Растения

Аналогичные явления известны и между растениями: так, глухая крапива (Lamium album) из семейства губоцветных по своим листьям чрезвычайно напоминает жгучую крапиву (Urtica dioica), а так как крапива защищена своими жгучими волосками от травоядных животных, то это сходство может служить защитой и глухой крапиве.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: