Биология Захаров Учебник §1.4.5. Приспособленность организмов к условиям внешней среды как результат действия естественного отбора (из §1.4. Современные представления о механизмах и закономерностях эволюции). Цитаты из учебника по общей биологии (углублённый уровень), авторы: В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин, Е. Т. Захарова (Вертикаль, 2019) использованы в учебных целях для семейного и домашнего обучения, а также для дистанционного обучения в период невозможности посещения образовательного учреждения.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
Биология Учебник §1.4 (1.4.5.)
1.4.5. Приспособленность организмов
к условиям внешней среды как
результат действия естественного отбора
Виды растений и животных удивительно приспособлены к условиям среды, в которых они обитают. Известно огромное количество самых разнообразных особенностей строения, обеспечивающих высокий уровень приспособленности вида к среде. В понятие «приспособленность вида» входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым ими функциям. Примером может являться длинный и сложно устроенный пищеварительный тракт животных, питающихся растительной пищей. Соответствие физиологических функций организма условиям обитания, их сложность и разнообразие также входят в понятие приспособленности.
1.4.5.1. Приспособительные особенности строения, окраски тела и поведения животных
По сути, вся структурно-функциональная организация представителей того или иного вида является приспособительной к тем условиям, в которых обитает данная группа. Наиболее демонстративны строение тела и окраска покровов.
Форма тела. У животных приспособительной к среде обитания является форма тела. Хорошо известен облик водного млекопитающего дельфина.
Самостоятельная скорость его движения в воде достигает 40 км/ч. Нередко описывают случаи, как дельфины сопровождают быстроходные морские суда, например эсминцы, движущиеся со скоростью 65 км/ч. Объясняется это тем, что животные пристраиваются к носу судна и используют гидродинамическую силу корабельных волн. Но это не их естественная скорость. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Как дельфину удаётся преодолеть её? Помимо других особенностей строения, идеальной приспособленности дельфина к среде обитания и образу жизни способствует форма тела. Торпедовидная форма тела позволяет избежать образования завихрения 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, а в полёте обычно втягивают ноги. В результате по быстроте они намного превосходят всех других животных. Например, сокол-сапсан пикирует на свою жертву со скоростью до 290 км/ч. Птицы быстро двигаются даже в воде. Наблюдали антарктического пингвина, плывущего под водой со скоростью около 35 км/ч.
Придонные рыбы имеют уплощённое в спинно-брюшном направлении тело и не выделяются на фоне морского дна (рис. 1.18).
У животных, ведущих скрытный, затаивающийся образ жизни, полезными оказываются приспособления, придающие им сходство с предметами окружающей среды. Причудливая форма тела у рыб, обитающих в зарослях водорослей (рис. 1.19), помогает им успешно скрываться от врагов. Рыбы, ведущие придонный образ жизни, имеют плоское тело.
Сходство с предметами среды обитания широко распространено и 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 (рис. 1.20), а некоторые прямокрылые насекомые имитируют лист (рис. 1.21).
Окраска покровов тела. Одним из средств защиты от врагов служит покровительственная окраска. Покровительственной называют окраску покровов тела, обеспечивающую их обладателям успех в борьбе за существование. Различают скрывающую или, наоборот, предупреждающую окраску.
Скрывающая окраска широко распространена среди самых различных животных. Птицы, насиживающие яйца на земле, сливаются с окружающим фоном (рис. 1.22). Малозаметны и их яйца, имеющие пигментированную скорлупу, и вылупляющиеся из них птенцы (рис. 1.23).
Защитный характер пигментации яиц подтверждается тем, что у видов, чьи яйца недоступны для врагов — крупных хищников, или у птиц, откладывающих яйца на скалах или закапывающих их в землю, покровительственная окраска скорлупы не развивается (рис. 1.24).
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 способны ещё менять окраску в зависимости от цвета окружающего фона (рис. 1.25). Способность менять окраску путём перераспределения пигмента в покровах тела известна и у наземных животных (хамелеон).
Однотонная маскирующая окраска свойственна как насекомым (саранча) и мелким ящерицам, так и крупным копытным (антилопы) и хищникам (лев). Животные пустынь имеют, как правило, жёлто-бурую или песочно-жёлтую окраску.
Если фон среды неодинаков и меняется в разные сезоны года, многие животные изменяют окраску покровов тела. Например, обитатели средних и высоких широт (песец, заяц, горностай, белая куропатка) зимой имеют белую окраску, что делает их незаметными на снегу.
Двутоновая скрывающая окраска часто наблюдается у водных животных. Так, у большинства рыб, например у сельди, спинка сильно пигментирована, а брюшная сторона тела — светлая. Если смотреть на рыбу сверху, из зоны большей освещённости, то на фоне сгущающегося мрака тёмная спинка практически незаметна. Напротив, при взгляде из глубины — в направлении большей освещённости незаметно брюшко. Такая окраска важна и для хищников (дельфины, акулы и др.), и для их жертв.
Иной вариант скрывающей окраски — расчленяющая окраска. Она характеризуется чередованием на теле тёмных и светлых полос и пятен, соответствующим смене света и тени в привычной для вида среде обитания. Подобное совпадение делает организм незаметным благодаря нарушению представления о его форме. Например, тигр охотится в засаде на опушках, где пучки жёлтой травы чередуются с тёмной почвой. Зебра, питаясь листвой кустарников, в саванне практически незаметна на фоне многостволия (рис. 1.26). Кроме этого, расчленяющая окраска нарушает представление о контурах тела, что делает её ещё более эффективной.
Однако нередко у животных наблюдается не скрывающая окраска тела, а, напротив, привлекающая внимание, демаскирующая покровительственная. Такая окраска называется предупреждающей. Она свойственна ядовитым, обжигающим или жалящим насекомым: пчёлам, осам, жукам-нарыв-никам. Очень заметную божью коровку птицы никогда не склёвывают из-за выделяемого насекомым ядовитого секрета. Яркую предупреждающую окраску имеют несъедобные гусеницы, многие ядовитые змеи. Яркая окраска заранее предупреждает хищника о бесполезности и опасности нападения. Путём проб и ошибок хищники быстро приучаются избегать нападения на таких животных.
Эффективность предостерегающей окраски явилась причиной очень интересного явления — подражания, или мимикрии (от греч. mimikos — подражательный). Мимикрией называется сходство беззащитного или съедобного вида с одним или несколькими неродственными видами, хорошо защищёнными и обладающими предостерегающей окраской. С божьей коровкой размерами, формой тела и распределением пигментных пятен очень сходен один из видов тараканов. Некоторые съедобные бабочки подражают формой тела и окраской ядовитым бабочкам, мухи — осам. Возникновение мимикрии связано с накоплением под контролем естественного отбора мелких удачных мутаций у съедобных видов в условиях их совместного обитания с несъедобными.
Понятно, что подражание одних видов другим оправданно: истреблению подвергается значительно меньшая часть особей и вида-модели, и вида-подражателя. Необходимо, однако, чтобы численность вида-подражателя была значительно меньше численности модели. В противном случае мимикрия не приносит пользы: у хищника не будет вырабатываться стойкий условный рефлекс на форму или окраску, которую следует избегать. Каким же образом численность вида-подражателя поддерживается на низком уровне? Оказалось, что генофонд этих видов насыщен летальными мутациями, которые в гомозиготном состоянии вызывают гибель большого количества насекомых. В результате высокий процент особей не доживает до половозрелого состояния.
Подражание окраски скорлупы яиц наблюдается и в случае гнездового паразитизма у птиц. Обыкновенная кукушка, как известно, сама не насиживает яиц, а откладывает их в гнёзда других видов. Яйца кукушки настолько похожи на яйца вида-хозяина, что самка не может различить их и насиживает вместе со своими (рис. 1.27).
Особенности строения или обмена веществ. Кроме покровительственной окраски, у животных и растений наблюдаются и другие средства защиты. У растений (кактусы, шиповник, боярышник, облепиха и др.) нередко образуются иглы и колючки, защищающие их от поедания травоядными животными. Такую же роль играют ядовитые вещества и обжигающие волоски, например у крапивы. Кристаллы щавелевокислого кальция, накапливающиеся в шипах некоторых растений, предохраняют их от поедания гусеницами, улитками и даже грызунами. Образования в виде твёрдого хитинового покрова у членистоногих (жуки, крабы), раковин у моллюсков, чешуи у крокодилов, панциря у броненосцев и черепах хорошо защищают их от многих врагов. Этому же служат иглы у ежа и дикобраза. Полезна для выживания и способность ящериц отбрасывать хвост при нападении хищника (рис. 1.28). Все эти приспособления могли появиться лишь в результате естественного отбора, т. е. преимущественного выживания лучше защищённых особей.
Поведение. Для выживания организмов в борьбе за существование большое значение имеет приспособительное поведение. Защитное действие покровительственной окраски повышается при сочетании её с соответствующим поведением. Например, выпь гнездится в камышах. В минуты опасности она вытягивает шею, поднимает вверх голову и замирает. В такой позе её трудно обнаружить даже на близком расстоянии. Многие другие животные, не обладающие средствами активной защиты, в случае опасности принимают позу покоя и замирают (насекомые, рыбы, амфибии, птицы). Предостерегающая окраска у животных, наоборот, сочетается с демонстративным поведением, отпугивающим хищника.
Помимо затаивания или демонстративного, отпугивающего поведения, при приближении врага существует много других вариантов приспособительного поведения, обеспечивающего выживаемость взрослых особей или молоди. Сюда относится и запасание корма на неблагоприятный сезон года. Особенно это относится к грызунам. Например, полёвка-экономка, распространённая в таёжной зоне, запасает на зиму до 10 кг зёрен злаков, сухой травы, корешков. Роющие грызуны (слепыши и др.) накапливают до 14 кг кусочков корней дуба, желудей, картофеля, степного горошка. Большая песчанка, живущая в пустынях Средней Азии, в начале лета срезает траву и затаскивает её в норы или оставляет на поверхности в виде стожков. Этот корм используется во второй половине лета, осенью и зимой. Речной бобр собирает обрубки деревьев, веток, которые складывает в воду возле своего жилища. Объём этих складов может достигать 20 м3. Запасы кормов делают и хищные животные. Норка, некоторые хорьки и псовые запасают лягушек, ужей, мелких зверьков, умерщвляя их и закапывая в определённых местах.
Примером приспособительного поведения служит и время наибольшей активности. В пустынях многие животные выходят на охоту ночью, когда спадает зной. Специализация активности животных по времени суток привела, например, у птиц к возникновению целых экологических групп видов. Так, ночные хищники (совы, филины и др.) охотятся ночью, а дневные — сокол, беркут, орёл — при свете дня.
ОПОРНЫЕ ТОЧКИ (стр.58)
- Вся организация любого вида живых организмов является приспособительной к тем условиям, в которых он обитает.
- Приспособления организмов к среде обитания проявляются на всех уровнях организации: биохимическом, цитологическом, гистологическом и анатомическом.
- Физиологические адаптации — пример отражения структурных особенностей организации в данных условиях существования.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
- Приведите примеры приспособленности организмов к условиям существования.
- Почему у некоторых видов животных наблюдается яркая демаскирующая окраска?
- В чём сущность явления мимикрии?
- Каким путём поддерживается низкая численность вида-подражателя?
- Распространяется ли действие естественного отбора на поведение животных? Приведите примеры.
Биология Захаров Учебник §1.4.5
1.4.5.2. Забота о потомстве
Особенно большое значение имеют приспособления, обеспечивающие защиту потомства от врагов. Она может проявляться в разной форме. Многие рыбы охраняют икру, откладываемую между камнями, активно отгоняя и кусая приближающихся врагов. Азовские и каспийские бычки откладывают икру в ямки, вырытые в илистом дне, и охраняют её в течение всего эмбрионального периода развития. Самец колюшки строит гнездо со входом и выходом. Некоторые американские сомы прилепляют икру на брюхо и носят её на себе всё время развития. Многие рыбы вынашивают икру во рту (рис. 1.29) или даже в желудке. В это время родитель ничего не ест. Вылупившиеся мальки некоторое время держатся вблизи самки (или самца, в зависимости от вида) и при опасности прячутся в рот матери. Существуют виды лягушек, у которых икринки развиваются в специальной выводковой сумке на спине (рис. 1.30) или в голосовых мешках самца.
Наибольшая безопасность потомства достигается, очевидно, тогда, когда зародыши развиваются в теле матери (рис. 1.31). Плодовитость в этих случаях (как и при других формах заботы о потомстве) снижается, однако это компенсируется возрастанием выживаемости молоди.
У членистоногих и низших позвоночных образующиеся личинки ведут самостоятельный образ жизни и не зависят от родителей. Но в некоторых случаях забота родителей о потомках проявляется в форме обеспечения их пищей. Знаменитый французский естествоиспытатель Ж. А. Фабр впервые описал такое поведение у одиночных ос. Они нападают на жуков, пауков, сверчков, богомолов, гусениц различных бабочек, обездвиживают их, погружая жало точно в нервные узлы (рис. 1.32), и откладывают на них яйца. Вылупляющиеся личинки ос обеспечены пищей: они питаются тканями живой жертвы, растут и затем окукливаются.
Описанные примеры заботы о потомстве встречаются у очень небольшого числа видов — беспозвоночных и низших позвоночных. В большинстве случаев оплодотворённые яйца оставляются на произвол судьбы. Именно этим объясняется очень высокая плодовитость этих животных. Большое число потомков в условиях высокой потребляемости молоди служит средством борьбы за существование вида в целом.
Значительно более сложные и многообразные формы заботы о потомстве наблюдаются у высших позвоночных. Сложные инстинкты и способность к индивидуальному обучению позволяют им со значительно большим успехом выращивать потомство. Так, птицы откладывают оплодотворённые яйца в специальные сооружения — гнёзда, а не просто в окружающую среду, как поступают более низкоорганизованные животные. Яйца развиваются под влиянием тепла, сообщаемого им телом родителей, и не зависят от случайностей погоды. Родители теми или иными способами защищают гнездо от врагов. Вылупившихся птенцов большинство видов птиц не оставляют на произвол судьбы, а длительное время выкармливают, охраняют и обучают поиску пищи и защите от врагов. Всё это значительно повышает эффективность размножения в данной группе животных.
Наивысшей степени развития достигает забота о потомстве у млекопитающих животных. Нежно прижимает к себе детёныша самка енота-полоскуна или тигра (рис. 1.33). Звери не только кормят своё потомство, но и обучают его ловить добычу и избегать опасностей, в том числе охотников.
Таким образом, особи с более совершенными формами заботы о потомстве выживают в большем числе и передают эти черты далее по наследству из поколения в поколение.
1.4.5.3. Физиологические адаптации
Соответствующая форма и окраска тела, целесообразное поведение обеспечивают успех в борьбе за существование только тогда, когда эти признаки сочетаются с приспособленностью процессов жизнедеятельности к условиям обитания, т. е. физиологическими адаптациями. Без таких адаптаций невозможно поддержание устойчивого обмена веществ в организме в постоянно колеблющихся условиях внешней среды. Рассмотрим некоторые примеры.
У наземных амфибий большое количество воды теряется через кожу. Некоторые представители этой группы животных обитают в пустынях и полупустынях. Их выживание в условиях недостатка влаги в этих местообитаниях обеспечивается целым рядом приспособлений. Например, у животных меняется характер активности: она приурочивается к периодам повышенной влажности. В умеренной зоне жабы и лягушки активны ночью и после выпадения дождей. В пустынях же лягушки охотятся только ночью, когда влага конденсируется на почве и растительности, а днём укрываются в норах грызунов. У пустынных видов амфибий, размножающихся во временных водоёмах, личинки очень быстро развиваются и совершают метаморфоз.
Разнообразные физиологические адаптации к жизни в неблагоприятных условиях выработали птицы и млекопитающие. Многие пустынные животные, например верблюд, перед наступлением засушливого сезона накапливают много жира: при его окислении образуется большое количество воды. Птицы и млекопитающие способны регулировать потери воды с поверхности дыхательных путей. Например, тот же верблюд при нехватке влаги резко сокращает испарение как с дыхательных путей, так и через потовые железы.
У человека плохо регулируется солевой обмен, и поэтому он не может долго обходиться без пресной воды. Но рептилии и птицы, проводящие большую часть жизни в море и пьющие морскую воду, приобрели специальные железы, позволяющие им быстро избавляться от избытка солей.
Очень интересны приспособления, развивающиеся у ныряющих животных. Многие из них могут сравнительно долго обходиться без доступа кислорода. Например, тюлени ныряют на глубину 100—200, а иногда и 600 м и находятся под водой 40—60 мин. Что позволяет ластоногим нырять на столь длительный срок? Это прежде всего большое количество особого белка, находящегося в мышцах, — миоглобина. Он способен в 10 раз больше связывать кислород, чем гемоглобин. Кроме того, есть целый ряд приспособлений для гораздо более экономного расходования кислорода в воде, чем при дыхании на поверхности.
Путём естественного отбора возникают и совершенствуются приспособления, облегчающие поиск пищи или партнёра для размножения. Поразительно чувствительны органы химического чувства насекомых. Самцов непарного шелкопряда привлекает запах ароматической железы самки, который они могут учуять с расстояния 3 км. У некоторых бабочек чувствительность рецепторов вкуса в 1000 раз превосходит чувствительность рецепторов человеческого языка. Ночные хищники, например совы, превосходно видят в условиях слабого освещения. У некоторых змей хорошо развита способность к термолокации. Они различают на расстоянии объекты, если разница их температур составляет всего 0,2 °С. Многие животные прекрасно ориентируются в пространстве с помощью эхолокации (летучие мыши, совы, дельфины).
Достаточно известных примеров приспособленности и у растений (см. учебник по ботанике).
Биология Захаров Учебник §1.4.5
1.4.5.4. Относительный характер приспособленности организмов
Строение живых организмов очень тонко приспособлено к условиям существования. Любой видовой признак или свойство, носящие приспособительный характер, полезны только в данной среде, в данных жизненных условиях. Так, все особенности строения и поведения кошки целесообразны для хищника, подстерегающего добычу в засаде: мягкие подушечки на пальцах и втягивающиеся когти, делающие походку бесшумной, огромный зрачок и высокая чувствительность сетчатки, позволяющие видеть в темноте, тонкий слух и подвижные ушные раковины, дающие возможность точно определять местонахождение жертвы, способность длительное время выжидать появление добычи и совершать молниеносный прыжок, острые зубы, удерживающие и разрывающие жертву. Точно так же организация насекомоядных растений приспособлена к ловле и перевариванию насекомых и мелких позвоночных (рис. 1.34).
Приспособления не появляются в готовом виде, а представляют результат отбора случайных наследственных изменений, повышающих жизнеспособность организмов в конкретных условиях.
Ни один из приспособительных признаков не обеспечивает абсолютной безопасности для их обладателей. Благодаря мимикрии большинство птиц не трогает ос и пчёл, однако есть среди них виды, которые едят и ос, и пчёл, и их подражателей. Ёж и птица-секретарь без вреда поедают ядовитых змей. Панцирь наземных черепах надёжно защищает их от врагов, но хищные птицы поднимают этих рептилий в воздух и разбивают о землю.
Любые приспособления целесообразны только в обычной для вида обстановке. При изменении условий среды они оказываются бесполезными или вредными для организма. Так, постоянный рост резцов у грызунов имеет важное значение, но лишь при питании животных твёрдой пищей. Если крысу держать на мягкой пище, эти зубы, не изнашиваясь, вырастают до таких размеров, что питание вообще становится невозможным.
Таким образом, любая структура и любая функция являются приспособлением к характерной для вида внешней среде или, как говорят современные учёные, «здесь и сейчас». Эволюционные изменения — образование новых популяций и видов, возникновение или исчезновение органов, усложнение организации — обусловлены развитием приспособлений (адаптаций). Целесообразность живой природы — результат исторического развития видов в определённых условиях, поэтому она всегда относительна и имеет временный характер.
ОПОРНЫЕ ТОЧКИ (стр.64)
- Забота о потомстве возникает как способ обеспечения выживания вида на фоне высокой степени развития нервной системы и является одной из форм физиологических адаптаций.
- Любые приспособления, в том числе и обусловленные поведенческими реакциями, относительны и целесообразны только в конкретных условиях существования.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
- Почему у видов животных, заботящихся о потомстве, небольшое число потомков? Приведите примеры животных с разными стратегиями размножения.
- В чём заключается относительный характер приспособительных признаков у организмов? Подкрепите свой ответ соответствующими примерами.
Вы смотрели: Биология Захаров Учебник §1.4.5. Приспособленность организмов к условиям внешней среды как результат действия естественного отбора (из §1.4. Современные представления о механизмах и закономерностях эволюции). Цитаты из учебного пособия 2019 года использованы в учебных целях для семейного и домашнего обучения, а также для дистанционного обучения в период невозможности посещения образовательного учреждения.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
