Вопрос 3. Адаптации: явление, формы, относительность. Понятие абаптации.
Организмы демонстрируют удивительную приспособленность к среде своего обитания. Набор морфологических, анатомических, физиологических и поведенческих приспособлений каждого организма слагает понятие адаптированности вида к среде. Это тем более удивительно, что окружающий мир постоянно ставит «проблемы», которые организм должен «решать». Адаптация как процесс, это эволюционное изменение, путем которого организм обеспечивает все «решение» поставленной перед ним «проблемы». Конечным результатом это процесса является состояние адаптированности организма к окружающей среде. С другой стороны, термин «адаптация» понимают как результат приспособления. В этом случае адаптация – это морфофизиологические, этологические и прочие особенности группы организмов, обеспечивающие возможность существования и воспроизведения данной группы в определенных условиях среды.
Проблема адаптации осложняется тем, что организмы относятся к окружающей среде не пассивно: они сами создают среду, в которой живут, оказывая на нее разнообразные воздействия. Деревья изменяют почву и параметры климата. Травоядные животные изменяют видовой состав растительного покрова, выедая определенные виды, внося в почву экскременты и физически нарушая ее структуру. Организм и среда непрерывно взаимодействуют друг с другом, а поэтому, несмотря на то, что естественный отбор адаптирует организм к определенному комплексу условий среды, эти условия изменяются под влиянием эволюции самого организма.
Одним из способов устранения парадокса недостижимости конечного результата в процессе адаптации служит «гипотеза Черной Королевы», названная так Леем Ван Валеном (Leigh Van Valen) в честь одного из персонажей «Алисы в Зазеркалье» - королевы, которая должна была все время бежать, чтобы оставаться на том же самом месте. Теория Ван Валена состоит в том, что среда, если ее рассматривать с позиций существующих в ней организмов, непрерывно разрушается, так что действие естественного отбора сводится главным образом к тому, чтобы дать организмам возможность поддерживать свое состояние адаптированности, а не совершенствовать его. Иными словами, адаптация в конечном счете, не повышает шансы вида на выживание, а просто дает ему возможность идти в ногу с постоянно изменяющейся средой.
Для того чтобы вид мог продолжать существовать в условиях непрерывно изменяющейся среды, он должен обладать достаточным запасом наследственной изменчивости соответствующего типа, который бы создавал возможность для приспособительных изменений. Например, когда климат какой-либо области становится все суше вследствие все усиливающихся изменений в количестве выпадающих осадков, растения могут реагировать на это развитием более мощной корневой системы или более толстой кутикулы на листьях, но лишь в том случае, если в их генофонде имеется генетическая изменчивость по длине корней или толщине кутикулы, и процесс этот окажется успешным лишь при наличии достаточного запаса изменчивости, позволяющего данному виду изменяться с такой же скоростью, с какой изменяется среда. В отсутствие соответствующей генетической изменчивости вид вымирает. Генетическая изменчивость вида не безгранична, и наступает период, когда имевшийся полиморфизм вида исчерпан, а вновь возникающий не успевает за изменениями в окружающей среде. неизбежным последствием сокращения изменчивости явится вымирание таксона.
Классификация адаптации
Адаптации на уровне отдельной особи, связаны с онтогенезом - упорядоченными во времени и пространстве процессами реализации наследственной информации. Здесь мы встречаем коадаптации - взаимные приспособления. Например, лопатка и тазовая кость подвижно сочленены с головкой плечевой и бедренной костей. Кости, подвижно прикрепленные друг к другу, имеют взаимные приспособления для обеспечения нормальной работы. В основе коадаптации лежат различные корреляции, которые и регулируют онтогенетические дифференцировки. На онтогенетическом уровне разнообразны комплексные адаптации физиолого-биохимического характера. В условиях повышенной температуры и недостатка воды нормализация жизнедеятельности растений достигается накоплением в клетках осмотически активных веществ, закрытием устьиц. Повреждающее влияние солей на сильно засоленных почвах нейтрализуется накоплением специфических белков, усилением синтеза органических кислот и т.д.
Популяционные адаптации проявляются во взаимодействии особей в пределах популяций и вида в целом: половой процесс, гетерозиготность, мобилизационный резерв наследственной изменчивости, определенная плотность популяций и т.д. Для обозначения ряда специальных внутривидовых адаптации существует термин «конгруэнции» (С. Северцов). Конгруэнции - взаимоприспособления, особей, возникающие в результате внутривидовых отношений. Они выражаются в соответствии строения и функции органов матери и детеныша, аппаратов размножения самцов и самок, в наличии приспособлений для отыскания особей противоположного пола, системы сигнализации и разделения труда между особями в стадах, колониях, семьях и т.д.
Чрезвычайно разнообразны способы взаимодействия видов в биогеоценозах. Растения воздействуют друг на друга через изменения не только условий освещенности и влажности, но и выделяя специальные активные вещества, способствующие вытеснению одних и размножению других видов (аллелопатия).
По масштабу адаптации делятся на специализированные, пригодные в узколокальных условиях жизни вида (например, строение языка у муравьедов в связи с питанием муравьями, приспособления хамелеона к древесному образу жизни и т.п.), и общие, пригодные в широком спектре условий среды и характерные для больших таксонов. К последней группе относятся, например, крупные изменения в кровеносной, дыхательной и нервной системах у позвоночных, механизмы фотосинтеза и аэробного дыхания, семенное размножение и редукция гаметофита у высших растений, обеспечивающие проникновение их в новые адаптивные зоны. Первоначально общие адаптации возникают как специализированные, они смогут выводить определенные виды на путь широкой адаптивной радиации. Перспективные общие адаптации обычно затрагивают не одну, а многие системы органов.
Относительный характер адаптации
Совершенство всякого приспособления определяется внешней средой, поэтому приспособление всегда относительно. Приспособленное к одним условиям, к одному уровню организации, оно перестает быть таковым в других условиях, на других уровнях. Панцирь наземных черепах - надежная защита от многих врагов, но не эффективен против хищных птиц, которые в когтях поднимают их в воздух и сбрасывают на землю.
В разных условиях степень совершенства конкретных приспособлений всегда оказывается неодинаковой. В этом проявляется отсутствие «стремления» к совершенству, приписывающегося природе некоторыми ранними эволюционными гипотезами. Приспособление в конкретных условиях всегда достигает лишь той степени, которая достаточна сравнительно с приспособлениями конкурирующих форм. Относительность приспособлений выступает не только в пространстве, но и во времени.