3.4. Основные пути и формы адаптаций живых организмов к условиям среды. Фотопериодизм

Животные и растения вынуждены приспосабливаться ко множеству факторов, причем эти приспособления вырабатываются в процессе определенного промежутка времени, часто в процессе эволюции и естественного отбора, закрепляясь на генетическом уровне.

Адаптация (от лат. adapto - приспособляю) – приспособления строения и функций организмов к условиям среды в процессе эволюции.

При анализе организации любого животного и растения всегда обнаруживается поразительное соответствие формы и функций организма условиям среды. Так, среди морских млекопитающих дельфины обладают наиболее совершенными приспособлениями к быстрому движению в водной среде: торпедообразная форма, особое строение кожи и подкожной клетчатки, повышающее обтекаемость тела, а следовательно, и быстроту скольжения в воде.

Различают три основные формы проявления адаптаций: анатомо-морфологические, физиологические и поведенческие.

Анатомо-морфологические адаптации – это какие-то внешние и внутренние особенности в строении тех или иных органов растений и животных, позволяющие им обитать в определенной среде при определенном сочетании экологических факторов. У животных часто связаны с образом жизни, характером питания. Примеры:

• Твердый панцирь черепах, обеспечивающий защиту от хищных животных

• Дятел – долотообразный клюв, жесткий хвост, характерное расположение пальцев.

Физиологические адаптации заключаются в способности организмов изменять некоторые свои физиологические процессы при наступлении критических периодов в их жизни

Примеры:

• Запах цветка может служить для привлечения насекомых и тем самым способствовать опылению растения.

• Глубокий покой у многих растений, произрастающих в средних широтах северного полушария, впадение в оцепенение или в спячку у некоторых животных с наступлением холодного периода).

• Биологические антифризы, увеличивающие вязкость внутренних сред и препятствующие образованию кристаллов льда, которые разрушили бы клетки (до 10 % у муравьев, до 30 % у ос).

• В темноте чувствительность глаза к свету повышается в течение часа во много тысяч раз, что связано как с восстановлением зрит, пигментов, так и с изменениями в нервных элементах и нервных клетках коры головного мозга.

• Примером физиологических адаптаций являются также особенности ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемые набором и составом пищи. Так, обитатели пустынь способны обеспечивать свою потребность во влаге путем биохимического окисления жиров.

Поведенческие (этологические) адаптации – это формы приспособительного поведения животных. Примеры:

• Для обеспечения нормально теплообмена с окружающей средой: создание убежищ, суточные и сезонные кочевки животных с целью выбора оптимальных температурных условий.

• Колибри Oreotrochis estella, живущая в высокогорных Андах, строит гнезда на скалах, причем на стороне, обращенной к Востоку. В течение ночи камни отдают тепло, накопленное за день, тем самым обеспечивая комфортную температуру до утра.

• В районах с суровым климатом, но снежными зимами температура под снегом может быть на 15-18ºС выше внешней. Посчитано, что белая куропатка, ночуя в подснежной лунке, экономит до 45 % энергии.

• Многие животные используют групповые ночевки: пищухи род Certhia (птицы) собираются в холодную погоду группами до 20 особей. Аналогичное явление описано у грызунов.

• Приспособительное поведение может появляться у хищников в процессе выслеживания и преследования добычи.

Большинство адаптаций представляет собой сочетание перечисленных типов. Например, кровососание у комаров обеспечивается сложной комбинацией таких адаптаций, как развитие специализированных частей ротового аппарата, приспособленных к сосанию, формирование поискового поведения для нахождения животного-жертвы, а также выработка слюнными железами специальных секретов, которые предотвращают свертывание высасываемой крови.

Одно из фундаментальных свойств живой природы – это цикличность большинства происходящих в ней процессов, что обеспечивает адаптацию растений и животных при своем развитии с основным периодическим факторам. Остановимся на таком явлении в живой природе как фотопериодизм.

Фотопериодизм – реакция организмов на сезонные изменения долготы дня. Открыт В. Гарнером и Н. Аллардом в 1920 г. во время селекционной работы с табаком.

Свет оказывает ведущее влияние на проявление суточной и сезонной активности организмов. Это важный фактор, поскольку именно смена освещенности обуславливает чередование периода покоя и интенсивной жизнедеятельности, многие биологические явления у растений и животных (т.е. влияет на биоритмику организмов).

Например, до поверхности Земли доходит 43 % солнечных лучей. Растения способны улавливать от 0,1 до 1,3 %. Они поглощают желто-зеленый цвет спектра.

И сигналом о приближении зимы для растений и животных является уменьшение долготы дня. У растений происходит постепенная физиологическая перестройка, накопление запаса энергетических веществ перед зимним покоем. По фотопериодической реакции растительные организмы делятся на две группы:

• Организмы короткого дня – зацветание и плодоношение наступает при 8-12 часовом освещении (гречиха, просо, конопля, подсолнечник).

• Организмы длинного дня. На цветение и плодоношение у растений длинного дня необходимо удлинения дня до 16-20 часов (растения умеренных широт), для которых снижение долготы дня до 10-12 часов является сигналом приближения неблагоприятного осенне-зимнего периода. Это картофель, пшеница, шпинат.

• Нейтральные к длине для растения. Цветение наступает при любой длине дня. Это одуванчик, горчица и томат.

Подобное обнаруживается и у животных. В течение суток активность у каждого организма приходится на определенные часы. Механизмы, позволяющие организмам циклически менять свое состояние называются "биологическими часами".