4.3. Биохимические, морфо-физиологические и поведенческие адаптации живых организмов.

У всех живых организмов в процессе эволюции выработались специфические приспособления (адаптации) к определенным условиям среды.

Адаптации (от лат. “приспособление”) - это эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, которые обеспечивают их нормальную жизнедеятельность в изменяющихся условиях среды.

Адаптации проявляются на разных уровнях организации живой материи – от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экосистем.

Существуют следующие формы адаптаций живых организмов к внешним условиям среды: морфологические, биохимические, физиологические и поведенческие (этологические).

Морфологические адаптации – это наличие таких особенностей внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных для них условиях. (растения пустыни лишены листьев, а содержат колючки для уменьшения испарения воды; форма рыб максимально приспособлена к быстрому плаванию в водной среде)

Морфологический тип приспособления растения или животного к определенным условиям среды обитания и образу жизни называют жизненной формой организма (вида).

При этом разные виды могут иметь сходную жизненную форму, если ведут близкий образ жизни (сходную жизненную форму имеют кит (млекопитающее), пингвин (птица) и акула (рыба).

Биохимическая адаптация происходит на клеточно-тканевом уровне и проявляется прежде всего в изменении физико-химического состояния веществ, содержащихся в клетках и тканях живых организмов (адаптация организмов к низким температурам связана с биохимическими процессами, происходящими в клетках растений или тканях животных, которые предотвращают замерзание воды в теле организма; обитатели пустыни способны обеспечивать потребность во влаге путем биохимического окисления жиров (верблюд); биохимические процессы фотосинтеза отражают способность растений создавать из неорганических веществ органические в условиях строго определенного газового состава атмосферного воздуха).

Важным приспособлением на клеточно-тканевом уровне является образование запасных питательных веществ и их своеобразное распределение в теле живых организмов (у многих видов растений в зимний период происходит превращение крахмала в сахара и жиры, которые затем откладываются в тканях наземных органов растений; у многих животных с понижением температуры возрастает содержание гликогена в печени, повышение содержания аскорбиновой кислоты в тканях почек; у большинства млекопитающих зимой происходит большое скопление питательных веществ в бурой жировой ткани в непосредственной близости от жизненно важных органов (сердца и спинного мозга).

Физиологические адаптации связаны с регулированием физиологических функций организма:

• акклиматизация – простейшее физиологическое приспособление организмов к изменению климатических условий существования;

• теплоизоляция – это способность организмов (многие млекопитающие и птицы) к сохранению тепла за счет линьки, развития перьевого или волосяного покровов и накопления подкожного жира; (Например, у тюленей теплоизоляционные свойства жировой прослойки настолько велики, что под лежащими на снегу животными, снег не тает, хотя температура их тела поддерживается на уровне 380С).

• терморегуляция – это способность организмов на основе физиологических процессов поддерживать температуру своего тела на постоянном уровне или изменять ее в определенных пределах (многие виды высших животных (млекопитающие и птицы) способны при высоких температурах поддерживать температуру своего тела на постоянном уровне путем испарения жидкости с поверхности тела (у собак и многих птиц – учащенное дыхание, а некоторые сумчатые в жару обмазывают шкуру обильной слюной; для многих видов растений, низших животных, а также некоторых видов млекопитающих и птиц характерно состояние зимнего покоя, при котором все процессы метаболизма заторможены или полностью остановлены (анабиоз).

Поведенческие (этологические) адаптации, связанны с деятельностью центральной нервной системы, на уровне которой формируются определенные приспособительные формы поведения высших животных.

- сезонные и суточные миграции животных и перелетных птиц с целью выбора наиболее оптимальных условий;

- изменение сроков суточной активности (например, в пустынях при очень высоких температурах животные переходят к ночному образу жизни, а жаркое время суток проводят зарывшись в песок или спрятавшись в норы);

- способность многих птиц и млекопитающих к активному сооружению гнезд, нор и других убежищ с благоприятным микроклиматом;

- важное место в преодолении отрицательного воздействия низких температур занимает принятие особых поз (скручивание кольцом, укутывание хвостом), собирание в группы (стаи пингвинов в сильные морозы), а также согревание путем пробежок и прыжков.

- для человека – создание оптимальных условий достигается технологическим кондиционированием среды.

При всем многообразии приспособлений организмов к внешним условиям среды существует два пути адаптаций: по толерантному и резистентному типу.

Адаптация по толерантному типу (от лат. «терпеливость», «выносливость») – это пассивный тип адаптации, при котором происходит пассивное подчинение жизненных функций организмов неблагоприятным условиям среды.

- некоторые мелкие организмы могут полностью высыхать на воздухе, а затем возвращаться к активной жизни после пребывания в воде;

- известно, что высушенные семена и споры растений, а также некоторые мелкие животные (коловратки) способны выдерживать температуру ниже -2000С;

- некоторые бактерии, в т. ч., болезнетворные, многие годы могут находиться в неактивном состоянии, пока не возникнут благоприятные условия для их «пробуждения» и последующего размножения.

Явление, при котором имеет место временный физиологический покой в индивидуальном развитии некоторых растений и животных, обусловленный неблагоприятными факторами внешней среды, называется диапаузой.

Адаптация по резистентному типу (от лат. «сопротивление», «противодействие») – это активный тип приспособления, при котором специфические адаптивные механизмы позволяют организму сохранять свою структуру и физиологические свойства на фоне меняющихся внешних условий среды без нарушения нормальных жизненных функций организмов.

Например, теплокровные животные (птицы, млекопитающие, обитая в условиях изменчивой температуры, поддерживают внутри себя постоянную температуру, которая является оптимальной для биохимических процессов в клетках тела.

Благодаря этому типу адаптации все живые организмы находятся в состоянии динамического равновесия с окружающей средой, которое называется гомеостазом.

Гомеостаз – это состояние динамического равновесия организма со средой, при котором организм сохраняет свой свойства и способность к осуществлению жизненно важных функций на фоне меняющихся внешних условий.

Существует еще и третий путь адаптаций – избегание неблагоприятных воздействий – это выработка организмом таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии его развития завершаются в самые благоприятные периоды года.

Миграции – это обычный для животных путь приспособления к неблагоприятным периодам. Избегание неблагоприятных воздействий свойственно организмам в той или иной мере как при активном, так и при пассивном путях адаптации к среде.

Наиболее часто приспособление вида к среде осуществляется определенным сочетанием всех трех возможных путей адаптаций.

Способность организмов к адаптации – это одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающая саму возможность ее существования, способность организмов выживать и размножаться.