Тема: Приспособленность организмов к среде обитания и ее относительный характер.
Цель: сформировать понятие приспособленности организмов к среде обитания, знание о механизмах возникновения приспособленности как результата эволюции.
Ход урока.
1. Организационный момент.
2. Повторение изученного материала.
В форме фронтальной беседы предлагается ответить на вопросы:
Что является поставщиком материала для отбора в популяции?
Назовите единственную направляющую движущую силу эволюции.
В природе существует несоответствие между способностью организмов к неограниченному размножению и ограниченностью ресурсов. Это является причиной …? борьбы за существование, в результате которой выживают особи наиболее приспособленные к условиям окружающей среды.
3.Изучение нового материала.
1). Приспособленность.
- Эволюция имеет три связанных следствия:
1. Постепенное усложнение и повышение организации живых существ.
2. Многообразие видов.
3. Относительная приспособленность организмов к условиям внешней среды.
? Как вы считаете, какое значение имеет приспособленность для организма?
Ответ: Приспособленность к условиям среды повышает шансы организмов на выживание и оставление большого числа потомства.
Как вам известно, наиболее весомый вклад в развитие эволюционных представлений в 18-19 вв. внесли К.Линней, Ж.Б. Ламарк, Ч.Дарвин.
-?Возникает вопрос, как образуются приспособления?
Попробуем объяснить образование хобота у слона с точки зрения К.Линнея, Ж.Б. Ламарка, Ч.Дарвина.
К.Линней: приспособленность организмов – проявление изначальной целесообразности. Движущей силой является Бог. Пример: слонов, как и всех животных создал Бог. Поэтому все слоны с момента возникновения обладают длинным хоботом.
Ж.Б.Ламарк : идея о врожденной способности организмов изменяться под воздействием внешней среды. Движущей силой эволюции является стремление организмов к совершенству. Пример: слоны при добывании пищи вынуждены были постоянно вытягивать свою верхнюю губу, чтобы достать пищу (упражнение). Этот признак передается по наследству. Так возник длинный хобот слонов.
Ч.Дарвин : среди множества слонов были животные с хоботами разной длины. Те из них, у кого хобот был немного длиннее, более успешно добывали себе пищу и выживали. Этот признак передавался по наследству. Так, постепенно, возник длинный хобот слонов.
Задание: -Попробуйте распределить предложенные утверждения по трем категориям:
# Соответствует взглядам Линнея;
# Соответствует взглядам Ламарка;
# Соответствует взглядам Дарвина.
1. Приспособления возникают в результате новых мутаций.
2. Приспособленность организмов – проявление изначальной целесообразности.
3. Организмы обладают врожденной способностью изменяться под воздействием внешней среды.
4. Приспособления закрепляются в результате естественного отбора.
5. Одна из движущих сил эволюции – стремление организмов к совершенству.
6. Одна из движущих сил эволюции – борьба за существование.
7. Одна из движущих сил эволюции – упражнение или неупражнение органов в определенных условиях среды.
8. Движущая сила возникновения приспособленности – Бог.
9. Приобретенные в ходе взаимодействия особи со средой признаки передаются по наследству.
Ответ: Линней -2,8; Ламарк – 3,5,7,9; Дарвин – 1,4,6.
Впервые материалистическое объяснение происхождения приспособленности дал Ч.Дарвин. Решающую роль в возникновении адаптаций играет непрерывно действующий естественный отбор. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и естественного отбора в ряду поколений.
ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ организмов или адаптация – совокупность тех особенностей строения, физиологии и поведения, которые обеспечивают для данного вида возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды.
Механизм возникновения приспособленности:
Изменение условий жизни → индивидуальная наследственная изменчивость → естественный отбор → приспособленность.
Типы адаптаций:
1. Морфологические адаптации (изменение строения тела): обтекаемая форма тела у рыб и птиц; перепонки между пальцами у водоплавающих животных; густой шерстный покров у северных млекопитающих; плоское тело у придонных рыб. Стелящаяся и подушкообразная форма у растений в северных широтах и высокогорных районах.
2. Покровительственная окраска. Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. Примеры:
На Крайнем Севере многие животные окрашены в белый цвет (белый медведь, белая куропатка).
–У зебры и тигра темные и светлые полосы на теле совпадают с чередованием тени и света окружающей местности (мало заметны на расстоянии 50-70 метров).
У открыто гнездящихся птиц (глухарь, тетерев, рябчик) самка, сидящая на гнезде, почти неотличима от окружающего фона.
3. Маскировка. Маскировка – приспособление, при котором форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами. Например: гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки; насекомых, живущих на коре дерева (жуки, усачи) можно принять за лишайники; форма тела палочника; слияние камбалы с фоном морского дна.
4 . Мимикрия. Мимикрия – подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида. Например: некоторые виды неядовитых змей и насекомых похожи на ядовитых (муха-журчалка –оса, ужи тропические – ядовитые змеи). Цветки львиного зева похожи на шмелей – насекомые пытаются завязать брачные отношения, что способствует опылению. Мимикрия- результат отбора сходных мутаций у различных видов. Она помогает незащищенным животным выжить, способствует сохранению организма в борьбе за существование.
5. Предупреждающая (угрожающая) окраска. Яркая предостерегающая окраска хорошо защищенных ядовитых, жалящих форм: клопа-солдатика, божьей коровки, осы, колорадского жука, окраска шмеля, черные и оранжевые пятна гусениц и т.д.
6. Физиологические адаптации: приспособленность процессов жизнедеятельности к условиям обитания; накопление жира пустынными животными перед наступлением засушливого сезона (верблюд); железы, избавляющие от избытка солей у рептилий и птиц, обитающих у моря; сохранение воды у кактусов; быстрый метаморфоз у пустынных амфибий; теплолокация, эхолокация; состояние частичного или полного анабиоза.
7. Поведенческие адаптации: изменения поведения в тех или иных условиях; забота о потомстве; образование отдельных пар в брачный период, а зимой объединение в стаи, что облегчает пропитание и защиту (волки, многие птицы); отпугивающее поведение (жук-бомбардир, скунс); замирание, имитация ранения или смерти; спячка, запасание корма.
8. Биохимические адаптации связаны с образованием в организме определенных веществ, облегчающих защиту от врагов или нападение на других животных; яды змей, скорпионов, антибиотики грибов, бактерий; кристаллы щавелевокислого калия в листьях или колючках растений (кактус, крапива)
9. Приспособления к абиотическим факторам (например, холоду):
У животных : густая шерсть, толстый подкожный слой жира, перелет на юг, зимняя спячка, запасание корма на зиму.
У растений : листопад, холодостойкость, сохранение вегетативных органов в почве, наличие видоизменений (луковицы, корневища и др. с запасом питательных веществ).
10. Способы добывания пищи.
У животных : - объедание листьев на высоких деревьях (длинная шея); захват с помощью ловчих сетей (плетение паутины и создание др. разнообразных ловушек) и подстерегание объектов питания;
Особое строение пищеварительных органов для вылавливания насекомых из узких нор; ловли летающих насекомых; многократного пережевывания грубой пищи (липкий длинный язык, многокамерный желудок и др.)
Схватывание и удержание добычи хищными млекопитающими и птицами (хищные зубы, когти, крючковатый клюв).
У растений : интенсивное развитие корней и корневых волосков→поглощение воды и минеральных солей; широкие тонкие листья, листовая мозаика→поглощение солнечной энергии; захват и переваривание мелких животных→насекомоядные растения.
11. Защита от врагов.
У животных: быстрый бег; иглы, панцирь; отпугивающий запах; покровительственная. предостерегающая и др. типы окраски; стрекательные клетки.
У растений: колючки; розеточная форма, недоступная для скашивания; ядовитые вещества.
12.Обеспечение эффективности размножения.
У животных : привлечение полового партнера: яркое оперение, «корона рогов»; песни; брачные танцы.
У растений : привлечение опылителя: нектар; пыльца; яркая окраска цветков или соцветий, запах.
13. Расселение на новые территории.
У животных : миграции-перемещения стад, колоний, стай в поисках пропитания и подходящих условиях для размножения (перелеты птиц, кочевки антилоп, зебр, заплывы рыб).
У растений: распространение семян и спор: цепкие крючки, колючки; хохолки, крылатки, летучки для переноса ветром; сочные плоды и др.
2. Относительный характер приспособленности.
Еще Ч. Дарвин подчеркивал, что все приспособления, сколько бы совершенными они ни были, носят относительный характер. Приспособленность относительна и любое приспособление помогает выживать лишь в тех условиях, в которых оно сформировалось. При изменении условий ранее полезный признак может превратиться во вредный и привести к гибели организма.
Доказательствами относительности приспособлений могут служить следующие факты:
Белая куропатка выдает себя тенью на снегу. Заяц-беляк виден на фоне темных стволов. Ночная бабочка летит на огонь (собирают нектар со светлых цветков ночью). Крылья стрижа обеспечивают ему очень быстрый и маневренный полет, но не позволяют взлететь, если птица случайно окажется на земле (стрижи гнездятся только на высоких обрывах). При задержке выпадения снега вовремя перелинявший на зиму заяц-беляк хорошо виден на фоне темной земли. Мелкие птицы продолжают тратить силы на выкармливание кукушонка, который выкинул их потомство из гнезда. Яркая окраска самца павлина обеспечивает ему успех у самок, но одновременно привлекает хищников.
В лесных угодьях ежи собирают на себя клещей, в том числе энцефалитных, больше, чем любые другие зверьки. Иглистым «панцирем» еж, как щеткой, счесывает голодных клещей, забравшихся на лесные травы. От клещей, впившихся между иголками, еж не может избавиться. За весенний сезон каждый еж кормит на себе десятки тысяч клещей. Таким образом, иглистый покров надежно защищает ежа от хищников, но столь же надежно защищает клещей от самого ежа.
Таким образом, приспособленность не абсолютна, а относительна.
Относительный характер приспособленности противоречит утверждению об абсолютной целесообразности в живой природе (эволюционная теория Ж.-Б.Ламарка).
3. Закрепление материала. Работа по карточкам.
4. Домашнее задание п.58, вопросы.
Рассмотрите рисунки 158-163. В чем заключаются приспособления у изображенных на рисунках организмов к условиям обитания? Подумайте, сохранятся ли эти приспособления у организмов, если условия их обитания изменятся.
Все организмы обладают разнообразными приспособления к условиям обитания. Эти приспособления развиваются в процессе эволюции в два этапа. Вначале у организмов вследствие мутационной и комбинативной изменчивостей появляются новые признаки. Затем эти признаки испытываются естественным отбором на их соответствие условиям среды.
Примеры приспособлений организмов. Примеры приспособлений организмов к условиям обитания столь многочисленны, что описать их все практически невозможно. Приведем лишь некоторые примеры.
Рис. 158. Покровительственная окраска у животных: 1 - сплошная окраска зимнего оперения у тундровой куропатки; 2 - расчленяющая окраска у оленей-аксисов
К морфологическим приспособлениям относят, встречающиеся у разных организмов, различные типы покровительственной, предостерегающей окраски, маскировки и средств пассивной защиты.
Покровительственная окраска развивается у особей, живущих открыто, что делает их менее заметными на окружающем фоне. Такая окраска бывает сплошной (белый цвет оперения у тундровой куропатки зимой), если окружающий фон однородный, либо расчленяющей (светлые и темные точки на шкуре оленей-аксисов), если на окружающем фоне чередуются пятна света и тени (рис. 158). Эффект покровительственной окраски усиливается соответствующим поведением животного. В момент опасности они затаиваются, что делает их еще менее заметными на окружающем фоне.
Предостерегающая окраска развивается у особей, имеющих химические средства защиты от врагов. К ним относят, например жалящих или ядовитых насекомых, несъедобные или обжигающие растения. В процессе эволюции у них выработались не только ядовитые химические вещества, но и яркая, обычно красночерная или желточерная окраски (рис. 159). Некоторые животные с предостерегающей окраской в момент опасности демонстрируют хищнику яркие пятна, принимают угрожающую позу, чем приводят врага в замешательство.
Рис. 159. Предостерегающая окраска у лягушек-древолазов
Маскировка - защита, которой служит не только окраска, но и форма тела. Различают два типа маскировки. Первый заключается в том, что маскирующийся организм по своему внешнему виду напоминает какой-либо предмет - лист, сучок, камень и т. п. Такой тип маскировки широко встречается у насекомых: палочников, клопов и гусениц бабочек пядениц (рис. 160).
Рис. 160. Маскировка у клопов-листотелок
Второй тип маскировки основан на подражательном сходстве незащищенных организмов с защищенными. Так, безобидные бабочки-стеклянницы окраской брюшка напоминают жалящих насекомых - ос, поэтому насекомоядные птицы их не трогают (рис. 161).
Рис. 161. Маскировка у бабочки-стеклянницы
Средства пассивной защиты увеличивают вероятность сохранения организма в борьбе за существование. Например, панцири черепах, раковины моллюсков, иглы ежей защищают их от нападения врагов. Шипы на стеблях розы и колючки у кактусов препятствуют поеданию этих растений травоядными млекопитающими (рис. 162).
Рис. 162. Средства пассивной защиты у кактуса-опунции
Физиологические приспособления обеспечивают устойчивость организмов к изменению температуры, влажности, освещенности и других условий неживой природы.
Так, при понижении температуры окружающего воздуха у земноводных и пресмыкающихся в организме понижается уровень обмена веществ и наступает зимний сон. У птиц и млекопитающих, наоборот, при понижении температуры окружающего воздуха обмен веществ в организме усиливается, что увеличивает теплопродукцию. Развивающийся при этом густой перьевой, шерстный покров и подкожный слой жира препятствует потере организмом тепла (рис. 163).
Рис. 163. Зимний мех белки отличается густым подшерстком
Поведенческие приспособления встречаются только у животных с высокоразвитой нервной системой. Они представляют собой различные формы поведения, направленные на выживание как отдельных особей, так и вида в целом.
Все поведенческие приспособления можно разделить на врожденные и приобретенные. К врожденным относят, например брачное поведение, защиту и выкармливание потомства, избегание хищников, миграции. Так, львица при вылизывании своих детенышей запоминает их запах. Этот же процесс пробуждает у нее потребность защищать львят от врагов (рис. 164, 1).
Рис. 164. Поведенческие приспособления организмов: 1 - львица, вылизывающая львят; 2 - макаки японские, греющиеся в горячем источнике; 3 - водоплавающие птицы, зимующие на незамерзающем водоеме в городе
Важную роль в жизни животных играют и приобретенные поведенческие приспособления. Например, самый северный вид обезьян - макак японский, встречающийся на севере Японии, перешел к снежно-водному образу жизни (рис. 164, 2). Зимой при наступлении более сильных морозов эти обезьяны спускаются с гор к горячим источникам, где греются в теплой воде. Другой наглядный пример. В крупных городах средней полосы России изменилось поведение перелетных птиц. Так, некоторые водоплавающие птицы перестали улетать на зимовку в теплые края. Они собираются в большие стаи на незамерзающих водоемах, где всегда есть необходимая пища (рис. 164, 3).
Относительная целесообразность приспособлений. Все приспособления у организмов вырабатываются в конкретных условиях их среды обитания. Если условия среды меняются, приспособления могут утратить свое положительное значение, иными словами, они обладают относительной целесообразностью.
Существует множество доказательств относительной целесообразности приспособлений: защита организма от одних врагов оказывается неэффективной от других; поведение организма может стать бессмысленным; полезный в одних условиях орган оказывается бесполезным в других. Например, камышевка, благодаря родительскому инстинкту, выкармливает кукушонка, вылупившегося из яйца, подброшенного в гнездо кукушкой (рис. 165).
Рис. 165. Относительная целесообразность приспособлений организмов - камышевка, выкармливающая кукушонка
Итак, основным результатом действия движущих сил эволюции является появление у организмов новых и совершенствование имеющихся приспособлений. Поскольку условия существования организмов изменяются, абсолютных приспособлений в природе не бывает, и процесс их появления бесконечен. У особей, относящихся к одному виду, различия в имеющихся приспособлениях незначительны. Закрепление же этих различий в условиях изоляции, приводит к появлению новых видов, т.е. к видообразованию.
Упражнения по пройденному материалу
- Как возникают приспособления у особей к среде обитания?
- В чем проявляется относительная целесообразность приспособлений? Ответ проиллюстрируйте примерами.
- Могут ли у организмов в ходе длительной эволюции возникнуть абсолютные, т. е. совершенные, приспособления? Ответ аргументируйте.
Жизненный цикл - период развития насекомого от яйца до половозрелого состояния называется жизненным циклом, или генерацией Продолжительность развития насекомых в любой их фазе в известной мере зависит от климата и погодных условий мест., в которой они обитают.
Диапауза - потребности организма насекомых в тепле и пище не могли быть удовлетворены, явилось причиной формирования различных приспособлений к этим условиям среды. Такими приспособлениями служат замедления и перерывы в развитии, вызываемые торможением обмена и переходом насекомого из состояния активности в состояние покоя разной глубины и продолжительности. Самым глубоким состоянием физиологического торможения обмена веществ является диапауза, представляет собой специальное приспособление в жизненном цикле насекомых. Она может наступать на всех фазах развития насекомых. В соответствии с этим различают диапаузу эмбриональную (на фазе яйца)листовертки, личиночную (на фазе личинки), куколочную (на фазе куколки)пяденицы и имагинальную - (на фазе имаго) листоеды. Жизнедеятельность организма во время диапаузы обеспечивается за счет жировых отложений: особых жиробелковых гранул и гликогена.
Различают диапаузу обязательную, или облигатную, и необязательную, или факультативную.
Обязательная диапауза обеспечивает прохождение в течение года только одной генерации. у непарного шелкопряда, дубовой зеленой листовертки Она создает условия для весеннего питания молодыми листьями, содержащими большое количество необходимых питательных веществ При диапаузе происходят скрытые процессы физиологической перестройки, в конечном итоге приводящие к восстановлению способности к активному развитию. Этот процесс получил название реактивации.
Одним из широко распространенных механизмов реактивации является воздействие пониженных температур.
Защитные приспособления насекомых
Насекомым свойствен целый ряд биологических особенностей, знание которых необходимо. К их числу относятся защитные приспособления и общественный образ жизни. Среди защитных приспособлений различают активную защиту и отпугивание, мимикрию и криптизм. Пчелы и осы особенно широко распространено среди лесных насекомых явление покровительственной окраски и формы. гусеницы пядениц. Некоторые группы высших перепончатокрылых и термиты ведут так называемый общественный образ жизни. Итак, в целом полиморфизм является одной из форм приспособления насекомых к внешней среде, выработанной в процессе естественного отбора.
Среди защитных приспособлений различают активную защиту и отпугивание, мимикрию и криптизм.
Пчелы и осы используют жало для активной защиты и нападения. Жужелицы выбрасывают ядовитую жидкость из анального отверстия. Очень эффективно выбрасывание богомолом крови в виде пены. Бабочка ночной павлиний глаз сидит со сложенными крыльями, а при приближении птиц раскрывает их и “угрожает” четырьмя громадными глазчатыми пятнами. Так же поступает глазчатый бражник и ряд других бабочек. Лжегусеницы соснового пилильщика с приближением опасности одновременно изгибают тело, принимая S-образную форму. Отпугивающей окраской обладают кокцинеллиды, бабочки-пестрянки и многие другие насекомые. Их окраска, обычно состоящая из сочетания резких контрастных тонов, “пугает” врага, когда он приближается.
Другим защитным приспособлением у насекомых является мимикрия. Ряд насекомых, лишенных надежных форм защиты, имеет вид, напоминающий других, более вооруженных средствами защиты. Насекомое, которому подражает другое, называется моделью, а самое явление подражания - мимикрией. Примером может служить бабочка-стеклянница, подражающая осе, шершню или пчеле. Мимикрия очень распространена среди этого семейства, поэтому многие его представители получили названия пчеловидная, осовидная, муравьевидная стеклянницы и т. д.
Особенно широко распространено среди лесных насекомых явление покровительственной окраски и формы. Криптизм (крипто - скрытый) состоит в том, что насекомые имитируют предметы окружающей обстановки и потому становятся незаметными на фоне своего местообитания. Криптическая внешность не дает полной гарантии сохранения, но помогает особи в борьбе за жизнь. Так, гусеницы пядениц часто имитируют сухие сучки на деревьях, богомолы и кузнечики имеют окраску под цвет зеленой травы на лугах, крылья у соснового шелкопряда трудно отличить на фоне коры соснового ствола, а совка-ленточница почти незаметна на коре дуба. Иногда различные темные и светлые пятна на плоском крыле бабочки похожи на впадины и выпуклости. Тропическая бабочка-каллима, или бабочка-лист, замечательно имитирует таковой, когда сидит в состоянии покоя со сложенными крыльями. Окраска, форма и поза покоя координированы и составляют целую систему или криптому. Все описанные выше защитные приспособления были в свое время использованы Дарвином при доказательстве естественного отбора и широко известны в биологии.
Некоторые группы высших перепончатокрылых и термиты ведут так называемый общественный образ жизни. Они живут крупными семьями. Главное при таком образе жизни - развитие полиморфизма, когда существует несколько внешне различающихся форм одного итого же вида. Эти формы, как правило, приспособлены к выполнению своих особых функций в популяциях или семьях видов. Обычно в одной семье имеются самки, самцы и рабочие. В семье имеется одна или несколько половозрелых самок, называемых матками. Основную массу семьи составляют неполовозрелые самки, называемые рабочими. Самцы присутствуют в семье чаще всего только в период спаривания самок. Матка обычно откладывает огромное число яиц. Воспитание потомства поручается рабочим. Все общественные насекомые строят сложные гнезда.
Механизм полиморфизма у общественных насекомых весьма сложен. Здесь оказывают влияние обмен пищей между всеми членами семьи (трофотаксис), при котором разносятся телергоны, выделяемые самкой и тормозящие развитие половых желез у рабочих особей, а также направленное воспитание личинок и ряд других воздействий.
Эволюционный процесс подразумевает постоянные обновления, возникновения полезных признаков, их закрепление в организмах живых существ. И эти изменения не обязательно проявляются на генетическом уровне. Очень важны идиоадаптации - приспособления животных, растений и микроорганизмов к конкретным условиям обитания, факторам среды и физическим характеристикам ареала.
Механизм возникновения приспособлений - глубокий эволюционный процесс, формирующий нужные признаки с течением времени, постепенно. Закрепляющий необходимые характеристики в геноме живых существ для проявления в будущих поколениях.
Адаптации, или приспособления организмов
Очень часто можно встретить организм растительного или животного происхождения, который имеет какую-нибудь необычную особенность в строении, поведении или внешнем облике. Например, палочники, которые по наружности нисколько не отличаются от веточки дерева. Или муха-журчалка, которая имеет точно такую же окраску, как оса. Среди растений примерами могут служить толстостебельные мясистые кактусы, ходульные и воздушные корни, корни-подпорки.
В любом случае все это - приспособления к среде обитания, условиям окружающей среды или защита себя от других существ. Такие явления имеют очень важное значение, поскольку являются важными этапами эволюционного процесса. Механизм возникновения приспособлений всегда имеет в своей основе именно генетические выборки и закрепления важных и нужных генов, кодирующих проявление того или иного признака. Например, ген, ответственный за изменение окраски хамелеоном, сформировался в геноме этих животных несколько тысяч лет назад и до сих пор передается по наследству всем будущим поколениям.
Адаптации растений: общая характеристика
Приспособления у растений являются неотъемлемой частью их жизни. Все их можно разделить на несколько основных групп.
- К температурным условиям окружающей среды.
- Влажности воздуха.
- Способам опыления.
- К потреблению пищи.
Механизм возникновения приспособлений отвечает все тем же основам - эволюционные изменения с закреплением и передачей по наследству необходимых в конкретных условиях признаков. Поэтому если какое-либо растение адаптировалось к территории, условиям среды, температуре, то всем своим будущим поколениям оно обязательно передаст все особенности для комфортного существования.
Растения в условиях сухости
При температурном режиме, в котором преобладают слишком высокие значения и постоянные солнечные дни, приспособления у растений имеют ярко выраженный характер, направленный на уменьшение испарения влаги. А также на сохранения массы тела и питательных веществ вместе со связанной водой внутри стебля.
Для этого листовые пластины редуцируются до минимума, либо полностью видоизменяются. Самым типичным примером являются пустынные растения - кактусы. Жестокие условия существования под палящим знойным солнцем заставили эти растения преобразовать листья в колючие иглы, а стебель - в толстый мясистый ствол, наполненный паренхимными клетками (основной тканью) с большим количеством связанной и свободной воды.
Механизм возникновения приспособлений кактуса очень отчетливо показывает, насколько искусными могут быть растения в своих адаптациях. Благодаря колючкам растение не испаряет воду с поверхности листьев, а значит, экономит большое ее количество. Помимо этого, в стебле, видоизмененном под толстый мясистый ствол, происходит накопление ряда веществ, удерживающих воду. Например, аккумулируются:
- гидрофильные белковые молекулы;
- пролин (аминокислота, удерживающая воду);
- моносахариды и разные органические кислоты.
Также механизм возникновения приспособлений кактуса включает в себя выработку соединений гормональной природы, которые затормозят действие гормонов роста (гиббереллины, ауксины). Это позволяет растениям быстро останавливать свой рост при наступлении неблагоприятных условий, длящихся долгое время.
Приспособления к разным видам опыления
Еще одним ярким примером адаптаций у растений является их способность подстраиваться к опылителям. Например, ветроопыляемые формы образуют семена сухие и легкие, которые просто будут рассеиваться даже несильными движениями воздуха.
Если растение насекомоопыляемое, то оно формирует цветки определенного строения и окраски:
- ярко окрашенные;
- крупные или собранные в большие соцветия;
- с сильным приятным ароматом.
Строение самого цветка также может быть приспособленным под опылителя. Существуют растения, опыляемые строго определенным видом птиц или насекомых.
Перекрестноопыляющиеся или самоопыляющиеся растения в структуре цветка имеют длинные тычинки и глубоко посаженный пестик, чтобы пыльца попадала на рыльце. Каждое их таких приспособлений играет важную роль в репродукции и также закрепляется наследственно в геноме.
Условия избыточной влажности для растений
В тропических и субтропических местах обитания часто явление избыточной влажности воздуха. Ведь известно, что в некоторых местностях тропические ливни могут идти больше месяца. Конечно, такой избыток воды растениям весьма вреден. Поэтому некоторые виды сформировали определенные адаптации, сводящие к минимуму такое воздействие природы. Это гидатоды - водяные устья, увеличивающие количество выделяемой растением воды. Она выходит целыми каплями. Такое явление получило название гуттации.
Также приспособлениями к избыточной влажности у растений являются большие листовые пластины с огромным количеством устьиц. Соответственно, транспирация также усиленная.
Механизм возникновения приспособлений у животных
Представители фауны вынуждены не только подстраиваться под условия среды, но и защищать себя от нападения более сильных особей, для которых они - пища. Это привело к формированию нескольких типов адаптаций у животных:
- изменение формы тела и конечностей, шерстного (кожного, перьевого) покрова;
- покровительственная окраска;
- мимикрия (подражание более защищенным и опасным животным);
- предостерегающая окраска;
- отпугивающее поведение.
Ярким примером приспособлений при помощи изменения формы тела, конечностей и покровов являются птицы (перья, киль, легкий скелет, обтекаемая форма тела). Также водные млекопитающие и рыбы, которые имеют хвосты и плавники, гладкую поверхность, отсутствие мощного шерстного покрова. Зато у них присутствуют воздушные пузыри, перепонки на лапах ласты (морские млекопитающие).
Проявляется у многих животных, как наземных, так и водных. Например, прячущиеся в траве, морские иглы, скрывающие себя в водорослях. Хамелеоны, пяденицы (палочковидные гусеницы), калима (бабочка, имитирующая листок), пестрые и серая окраска зайцев и многие другие примеры, отражающие приспособления у животных.
Мимикрия, то есть подражание с целью защиты себя от поедания и нападения, характерна для, например, мухи-журчалки (напоминает осу), некоторых видов ужей, копирующих ядовитых змей и так далее.
Предостерегающая окраска насекомых и животных направлена на честное предупреждение о несъедобности вида, его ядовитости. Примером служат ядовитые змеи, осы, пчелы, шмели, божьи коровки и другие представители. Это очень распространенные приспособления у животных.
Отпугивающее поведение - это шипение, рычание, отпрыгивание в сторону, выпускание биологических жидкостей (чернила осьминогов и кальмаров, скунсы). Сюда же можно отнести особенности некоторых животных, которые в холодное время года формируют стаи для облегчения добывания пропитания.
Все перечисленные приспособления носят эволюционно сформировавшийся и генетически закрепившийся механизм образования.
Адаптации белых медведей
Механизм возникновения приспособлений белого медведя сформировался в условиях крайне холодных мест обитаний. Все его адаптации направлены именно на сохранение тепла и добычу пищи. К ним можно отнести:
- покровительственную белую окраску (маскировку);
- толстый слой подкожного жира, играющий двойственную роль: теплоизоляцию и облегчение массы тела при плавании и нырянии;
- густой плотный и теплый мех, покрывающий всю поверхность тела.
Благодаря своим приспособлениям белый медведь может не опасаться даже самых суровых холодов. А белая окраска позволяет ему незаметно подкрадываться к источнику питания - тюленям.
Приспособления подземных млекопитающих
Самым ярким представителем является, безусловно, крот и все его сородичи (цокоры, слепыши и другие). Поэтому на его примере рассмотрим адаптации. Механизм возникновения приспособлений крота связан с подземной средой обитания, лишенной некоторых важных света, достаточного количества влаги, тепла. Поэтому адаптации данного животного следующие:
- мощные роющие конечности;
- отсутствие зрения;
- толстый подкожный слой жира;
- гладкая и жесткая шерсть черного цвета;
- обтекаемая форма тела.
Адаптации крупных пустынных животных
К таковым в первую очередь относятся верблюды, различные их виды. Механизм возникновения приспособлений верблюда формировался в условиях недостатка влаги и высоких температур. Адаптации следующего характера:
- наличие желез, избавляющих от лишних солей в организме;
- пониженное потоотведение;
- способность долгое время голодать, теряя массу тела на треть;
- особые черты пищеварения и метаболизма;
- наличие горбов, заполненных жиром, хранящим связанную воду;
- быстрое насыщение водой для пополнения внутренних запасов.
Все эти адаптации делают для верблюдов условия пустыни вполне комфортными и приемлемыми для жизни.
4. Приспособленность организмов и ее относительный характер
Приспособленность - относительная целесообразность строения и функций организма, являющаяся результатом естественного отбора, устраняющего неприспособленных особей. Признаки возникают в результате мутаций. Если они повышают жизнеспособность организма, его плодовитость, позволяют расширить ареал, то такие признаки "подхватываются" отбором, закрепляются в потомстве и становятся приспособлениями.
Виды приспособлений.
Форма тела животных позволяет им легко передвигаться в соответствующей среде, делает организмы малозаметными среди предметов. Например, обтекаемая форма тела рыб, наличие длинных конечностей у кузнечика.
Маскировка - приобретение сходства организма с каким-либо предметом окружающей среды, например, сходство с сухим листом или корой деревьев крыльев бабочки. Форма тела палочника делает его незаметным среди сучьев растений. Рыба-игла не видна среди водорослей. У растений форма цветка: положение на побеге способствует опылению.
Покровительственная окраска скрывает организм в окружающей среде, делает его незаметным. Например, белая окраска у зайца, зеленая - у кузнечика. Расчленяющая окраска - чередование светлых и темных полос на теле создает иллюзию светотени, размывает контуры животного (зебры, тигры).
Предостерегающая окраска указывает на наличие ядовитых веществ или специальных органов защиты, на опасность организма для хищника (осы, змеи, божьи коровки).
Мимикрия - подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида (или предметам среды), что оберегает его от истребления (осовидные мухи, неядовитые змеи).
Приспособительное поведение у животных - это угрожающая поза, предупреждающая и отпугивающая врага, замирание, забота о потомстве, запасание корма, постройка гнезда, норы. Поведение животных направлено на защиту и сохранение от врагов и вредных воздействий факторов среды.
У растений также выработались приспособления: колючки предохраняют от поедания; яркая окраска цветков привлекает насекомых-опылителей; разное время созревания пыльцы и семязачатков препятствует самоопылению; разнообразие плодов способствует распространению семян.
Все приспособления имеют относительный характер, так как действуют в определенных условиях, к которым адаптирован организм. При изменении условий приспособления могут не защитить организм от гибели, а следовательно, признаки перестают быть приспособительными. Узкая специализация может стать причиной гибели в изменившихся условиях.
Причина возникновения приспособлений заключается в том, что организмы, не соответствующие данным условиям, погибают и не оставляют потомства. Организмы, выжившие в борьбе за существование, имеют возможность передать свой генотип и закрепить его в поколениях.
5. Видообразование
Микроэволюция - эволюционный процесс, протекающий внутри вида, ведущий к его изменению и возникновению нового вида. Процесс видообразования начинается в популяциях, поэтому популяция является элементарной эволюционной структурой.
В идеальных популяциях действует закон Харди-Вайнберга - закон генетического равновесия, по которому соотношение частот встречаемости доминантного и рецессивного генов остается неизменным из поколения в поколение. Идеальная популяция отвечает следующим требованиям:
а) неограниченно большая величина популяции;
б) свободное скрещивание особей - панмиксия;
в) отсутствие мутационного процесса и отбора; г) отсутствие миграции особей - изоляция популяции.
В популяциях частоты встречаемости генов А и а отвечают формуле
где р - частота встречаемости гена А; ц - частота встречаемости гена а. В идеальной популяции частоты встречаемости генотипических комбинаций АА: Аа: аа остаются неизменными и соответствуют формуле:
р 2 (АА) + 2ря(Аа) + а 2 (аа) = 1.
Однако в реальных популяциях условия идеальной популяции не выполняются. С. С. Четвериков установил, что мутационный процесс в популяциях идет постоянно, но мутации в основном рецессивны и скрыты в гетерозиготах. При внешней фенотипической однородности наблюдается генотипическая неоднородность популяции. С. С. Четвериков сделал вывод о насыщенности мутациями природных популяций, что является скрытым резервом наследственной изменчивости и приводит к нарушению генетического равновесия. Случайное ненаправленное изменение частот аллелей в популяции получило название дрейфа генов.
В природных условиях наблюдается периодическое колебание численности особей, что связано с сезонными явлениями, климатическими изменениями, стихийными бедствиями и т. д. Колебание численности особей в популяции называется популяционными волнами. Их впервые обнаружил С. С. Четвериков. Популяционные волны - одна из причин дрейфа генов, который вызывает следующие явления: возрастание генетической однородности (гомозиготности) популяции; концентрацию редких аллелей; сохранение аллелей, снижающих жизнеспособность особей; изменение генофонда в разных популяциях. Все эти явления ведут к эволюционным преобразованиям генетической структуры популяции, а в дальнейшем и к изменению вида.
Способы видообразования.
Важным фактором эволюции является изоляция, которая приводит к расхождению признаков в пределах одного вида и предотвращает скрещивание особей. Изоляция может быть географической и экологической, отсюда выделяют два способа видообразования.
Географическое видообразование - новые формы организмов возникают за счет разрыва ареала и пространственной изоляции. В каждой изолированной популяции вследствие дрейфа генов и отбора изменяется генофонд. Далее наступает репродуктивная изоляция, что ведет к образованию новых видов.
Причинами разрыва ареала могут быть горообразование, ледники, образование рек и другие геологические процессы. Например, различные виды лиственниц, сосен, австралийских попугаев образовались в результате разрыва ареала.
Экологическое видообразование - способ видообразования, при котором новые формы занимают разные экологические ниши в пределах одного ареала. Изоляция происходит за счет несовпадения времени и места скрещивания, поведения животных, приспособления к разным опылителям у растений, использования разной пищи и т. д. Например, виды севанской форели имеют разные места нереста, виды лютиков приспособлены к жизни в разных условиях.
Географическое и экологическое видообразование идет по схеме:
обособление популяции -" накопление мутаций -" изоляция -" дивергенция признаков -" образование подвида -" репродуктивная изоляция -"образование вида.
Это процессы очень длительные. Движущей силой видообразования является движущий и дизруптивный естественный отбор.
6. Макроэволюция
Макроэволюция - надвидовая эволюция, в результате которой формируются более крупные таксоны (семейства, отряды, классы, типы). Она не имеет специфических механизмов и осуществляется аналогично механизмам микроэволюции. Макроэволюция происходит в исторически огромные промежутки времени и недоступна для непосредственного изучения и наблюдения. А. Н. Северцов и И. И. Шмальгаузен установили два главных направления эволюционного процесса: биологический прогресс и биологический регресс.
Биологический регресс характеризуется сужением ареала; уменьшением численности вида; сокращением числа популяций и уменьшением систематических единиц; преобладанием смертности над рождаемостью.
Это приводит к сокращению числа видов в роде, числа родов в семействе (иногда до одного), семейств в отряде (одно) и т. д. Часть видов, родов, семейств вымирают полностью. Например, снижение численности хвощей и плаунов. На грани вымирания находится уссурийский тигр.
Пути достижения биологического прогресса.
Установлены А. Н. Северцовым и связаны со всевозможными преобразованиями в строении организмов.
Ароморфоз - арогенез, или морфофизиологи-ческий прогресс, сопровождающийся крупными изменениями в строении организмов, повышением уровня их организации. Ароморфозы носят общий характер и не являются приспособительными к специальным условиям. Они дают возможность освоить новые места обитания, расширить ареал. В результате ароморфозов возникли такие крупные таксоны, как типы и классы.
Идиоадаптация - аллогенез, сопровождающийся приобретением организмом частных приспособлений к условиям среды, месту обитания без изменения уровня организации. Идет освоение новых сред жизни. Возникающие изменения носят приспособительный характер, иногда узкую специализацию к конкретному условию. В результате происходит дивергенция признаков внутри одной систематической группы и образуются более мелкие таксоны: отряды, семейства, роды. У особей разных таксономических групп может наблюдаться конвергенция - схождение признаков в результате приспособления различных организмов к одним и тем же условиям обитания (бабочки и птицы, киты и рыбы). Так возникают аналогичные органы.
Иногда имеет место независимое развитие сходных признаков у близкородственных групп организмов - параллелизм. Например, развитие ласт у ластоногих (моржей и тюленей).
Правила эволюции.
1. Эволюция необратима. Любая систематическая группа не может вернуться к исходному предку. Иногда возникают атавизмы, но они единичны. Земноводные не могут снова дать начало рыбам, от которых они произошли в процессе эволюции.
2. Эволюция прогрессивна и направлена на развитие приспособлений к каким-либо условиям существования.
3. Каждое повышение уровня организации - ароморфоз - сопровождается частными приспособлениями - идиоадаптацией, в особых случаях - дегенерацией.
Ими сходного строения в результате существования в сходных условиях и одинаково направленного естественного отбора. 5 МИКРОЭВОЛЮЦИЯ И МАКРОЭВОЛЮЦИЯ эволюция естественный отбор видообразование Понятие процессов микро- и макроэволюции. Теория эволюции и принципы биологической систематики. Монофилия - происхождение таксона от одного общего предка.Согласно современным представлениям, ...
Число видов идр 5. Роль человека в повышении продуктивности агроценозов: выведение высокопродуктивных сортов растений и пород животных, их выращивание с использованием новейших технологий, учет биологии организмов (потребность в питательных веществах, потребности растений в тепле, влажности и др), борьба с болезнями и вредителями, своевременное проведение сельскохозяйственных работ и др 6. ...
Азота, а от растения получают органические вещества. Это явление называют симбиозом. Билет № 23 1. 1. Селекция - наука о выведении новых сортов растений и пород животных. Порода (сорт) - искусственно созданная человеком популяция, которая характеризуется наследственными биологическими особенностями, морфологическими и физиологическими признаками, продуктивностью. 2. Ч. Дарвин - ...
Равновесия в биосфере, биологического разнообразия. Создание национальных парков, биосферных заповедников, мониторинг и т. д. 3. Признаки класса и семейства одинаковы, разница в виде.Корень мощнее у садовой, листья крупнее у лесной, у клубники край листа менее зубчатый, плод более крупный у клубники. Билет№5 1. Н20 – самое простое. В клетке Н2О находится в двух состояниях, в свободном (95%) ...
