4. Общие закономерности приспособления организмов к условиям жизни. Правило к.Бергмана, правило д. Аллена, правило поверхностей.

Адаптации — различные приспособления к среде обитания, выработавшиеся у организмов в процессе эволюции. Адаптации проявляются на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического. Способность к адаптации — одно из основных свойств живой материи, обеспечивающее возможность ее существования. Адаптации развиваются под действием трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор.

Существует три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.

Активный путь — усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.

Пассивный путь — подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.).

Избегание неблагоприятных воздействий — выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.

Приспособление вида к среде осуществляется по путям адаптации:

Морфологические адаптации сопровождаются изменением в строении организма (например, видоизменение листа у растений пустынь). Морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм.

• - перепонки между пальцами ног у водоплавающих животных (амфибий, птиц и др.);

• - густой шерстяной покров у северных млекопитающих;

• - удлинение ног и шеи у болотных птиц;

• - тонкое и гибкое тело у норных хищников (например, у ласки, горностая);

• - плоское тело придонных рыб (скаты, камбала и др.);

• - мимикрия и покровительственная окраска.

Физиологические адаптации — изменения в физиологии организмов (например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира).

• - жировые запасы;

• - регуляция испарения воды с поверхности дыхательных путей и кожи;

• - изменение количества эритроцитов и дыхательных пигментов;

• Термолокация – змеи.

• - ИК и УФ зрение;

• - эхолокация.

Этологические адаптации - изменения в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период). Этологические адаптации характерны для животных.

• - миграции и кочевки;

• - брачное поведение;

• - гнездование и выкармливание птенцов;

• - охотничье поведение (стайная и одиночная охота, тактика).

Биохимические адаптации - образование определенных веществ, облегчающих защиту от врагов или нападение на другие организмы:

• - яды;

• - антибиотики;

• - токсины растений;

• - пахучие вещества;

• - ферменты, разрушающих ядохимикаты и лекарственные препараты;

- особая структура белков и липидов у термофильных (устойчивых к высоким температурам) и психрофильных (холодолюбивых) организмов, позволяющая организмам существовать в горячих источниках, вулканических почвах или в условиях вечной мерзлоты.

ПРАВИЛО БЕРГМАНА (1847), близкородственные виды (теплокровные), обитающие в холодных регионах, имею более крупные размеры тела по сравнению с обитателями теплых регионов. Это позволяет уменьшить теплоотдачу; (подтверждается у позвоночных животных в 50% случаев, из к-рых 75—90% — птицы). У более крупных животных отношение площади поверхности тела к его объему МЕНЬШЕ- меньше теплоотдача. У мелких, отношение площади поверхности тела к его объему БОЛЬШЕ - больше теплопродукция.

Теплопродукция (выделение тепла) пропорциональна объему тела. Теплоотдача (потеря тепла) пропорциональна площади поверхности тела. Чем крупнее животное и чем компактнее форма тела, тем легче ему поддерживать постоянную темп-ру; чем мельче животное, тем выше уровень его основного обмена. Является следствием правила поверхностей.

Пример: полярный волк – самый крупный из всех волчьих, белый медведь – из всех медведей, росомаха – из всех куньих, лось – из всех оленей, глухарь – из всех тетеревиных. Наиболее крупные виды рода медведь обитают в северных широтах (белый медведь, бурые медведи), а наиболее мелкие виды (например, очковый медведь) — в районах с тёплым климатом.

ПРАВИЛО АЛЛЕНА (1877): У видов, обитающих в холодных регионах, размеры выступающих частей тела (конечности,уши, хвост) меньше, чем у ближайших родственников в теплых регионах; Это позволяет снизить теплоотдачу в холодном климате и повысить теплоотдачу – в теплом.

Объяснение: чем больше уши и хвосты, тем больше поверхность тела, через которую уходит тепло. Для северных животных это не выгодно, поэтому уши и хвосты у них маленькие. Для южных родственников – наоборот, удобно иметь большую поверхность, чтобы хоть как-то охлаждаться.

Пример: длина тела волка около 130 см. Его более южный родственник шакал почти в два раза меньше (75 см), а уши его больше. Самый южный и хорошо приспособленный к пустынной жизни представитель семейства волчьих – фенек. Сам он размером 30-40 см при длине ушей 15 см.

В Гамбурге в специальных холодильниках выращивали самых короткохвостых мышей; укорачивались хвосты и у особей, которым в условиях эксперимента регулярно давали препараты, снижающие температуру тела. Выросшие же в тепле мыши были длиннохвостыми и длинноухими.

Правило Поверхностей. правило, сформулированное Ш. Рише (1899) и М. Рубнером (1902) Интенсивность обмена энергии у теплокровных животных прямо пропорциональна площади поверхности тела. Чем больше поверхность тела относительно объема, тем больше теплоотдача, а следовательно больше теплопродукция. В связи с тем, что масса (объем) растет пропорционально кубу, а поверхность — лишь квадрату поперечника (диаметра), у мелких животных на единицу массы приходится относительно большая поверхность, нежели у крупных.

Так как у мелких животных высокая теплоотдача, это компенсируется увеличенной теплопродукцией. Чем меньше животное, тем больше теплопродукция, и значит больше теплоотдача.