Охарактеризуйте особливості морфологічних, фізіологічних та етологічних адоптацій у тварин.
Адаптація - розвиток будь-якої ознаки, який сприяє виживанню виду і його розмноження. Адаптація можуть бути морфологічними, фізіологічними або особливостями.
Морфологічні адаптації включають зміни форми або будови організму. Приклад такої адаптації -- твердий панцир черепах, що забезпечує захист від хижих тварин.
Фізіологічні адаптації пов'язані з хімічними процесами в організмі. Так, запах квітки може служити для залучення комах і тим самим сприяти запилення рослини.
Поведінкові адаптація пов'язана з певним аспектом життєдіяльності тварини. Типовий приклад - зимовий сон у ведмедя.
Більшість адаптацій являє собою поєднання перерахованих типів. Наприклад, кровосмоктання у комарів забезпечується складною комбінацією таких адаптацій, як розвиток спеціалізованих частин ротового апарату, пристосованих до смоктанню, формування пошукової поведінки для знаходження тварини-жертви, а також вироблення слинними залозами спеціальних секретів, які запобігають згортанню висмоктуваної кров.
Генетична основа. У кожного виду програма розвитку ознак закладена в генетичному матеріалі. Матеріал і закодована в ньому програма передаються від одного покоління іншому, залишаючись відносно незмінними, завдяки чому представники того чи іншого виду виглядають і поводяться майже однаково. Однак у популяції організмів будь-якого виду завжди присутні невеликі зміни генетичного матеріалу і, отже, варіації ознак окремих особин. Саме з цих різноманітних генетичних варіацій процес пристосування відбирає ті ознаки або сприяє розвитку таких ознак, які найбільшою мірою збільшують шанси на виживання і тим самим на збереження генетичного матеріалу. Адаптація, таким чином, може розглядатися як процес, за допомогою якого генетичний матеріал підвищує свої шанси на збереження в наступних поколіннях. З цієї точки зору, кожен вид уособлює собою успішний спосіб збереження певного генетичного матеріалу.
Харчування. Всі рослини і тварини повинні отримувати з навколишнього середовища енергію і різні речовини, перш за все кисень, воду і неорганічні сполуки. Майже всі рослини використовують енергію Сонця, трансформуючи її в процесі фотосинтезу. Тварини отримують енергію, харчуючись рослинами чи іншими тваринами.
Кожен вид певним чином пристосований до того, щоб забезпечувати себе харчуванням. Яструби мають гострі кігті для захоплення видобутку, а розташування очей в передній частині голови дозволяє їм оцінити глибину простору, що необхідно для полювання при польоті на великій швидкості. У інших птахів, наприклад чапель, розвинулися довгі шия і ноги. Вони добувають їжу, обережно блукаючи по мілководдю і підстерігаючи загавились водних тварин. Дарвінових в'юрків - група близькоспоріднених видів птахів з Галапагоських островів - представляють класичний приклад високоспеціалізованої адаптації до різних способів харчування. Завдяки тим або іншим адаптивним морфологічних змін, в першу чергу в будові дзьоба, одні види стали зернояднимі, інші - комахоїдними.
Якщо звернутися до риб, то хижаки, наприклад акули і барракуди, мають гострі зуби для упіймання здобичі. Інші, наприклад дрібні анчоуси і оселедця, видобувають дрібні частинки їжі шляхом фільтрації морської води через гребневідние зяброві тичинки.
Захист. Навколишнє середовище складається з живих і неживих компонентів. Живе оточення будь-якого виду включає тварин, що харчуються особинами цього виду. Адаптація хижих видів спрямовані на ефективну видобуток їжі; види-жертви пристосовуються, щоб не стати здобиччю хижаків.
Багато видів - потенційні жертви - мають захисну або маскують забарвлення, яке приховує їх від хижаків. Так, у деяких видів оленів плямиста шкура молодих особин непомітна на тлі чергуються плям світла і тіні, а зайців-біляків важко розрізнити на тлі сніжного покриву. Довгі тонкі тіла комах-палочніков теж важко побачити, тому що вони нагадують сучки або гілочки кущів і дерев.
У оленів, зайців, кенгуру і багатьох інших тварин розвинулися довгі ноги, що дозволяють їм тікати від хижаків. Деякі тварини, наприклад опосуми і свіномордие вужі, навіть виробили своєрідний спосіб поведінки - імітацію смерті, яка підвищує їх шанси на виживання, оскільки багато хижаки не їдять падали.
Деякі види рослин покриті шипами або колючками, відлякує тварин. Багато
Розмноження. Критичним етапом у забезпеченні безперервності життя є розмноження - процес, в ході якого відбувається передача генетичного матеріалу наступному поколінню. Розмноження має два важливих аспекти: зустріч різностатевих особин для обміну генетичним матеріалом і вирощування потомства.
До числа адаптацій, що забезпечують зустріч особин різної статі, відноситься звукова комунікація. У деяких видів більшу роль в цьому сенсі відіграє нюх. Наприклад, котів сильно приваблює запах кішки в період тічки. Багато комахи виділяють т.зв. атрактанти - хімічні речовини, які приваблюють осіб протилежної статі. Запахи квіток є ефективною адаптацією рослин для залучення комах-запилювачів. Деякі квіти солодко пахнуть і привертають харчуються нектаром бджіл; інші пахнуть огидно, залучаючи мух, що харчуються на падали.
Зір теж дуже важливо для зустрічі особин різної статі. У птахів шлюбне поведінку самця, його пишні пір'я і яскраве забарвлення залучають самку і готують її до каплиці. Забарвлення квітки у рослин часто вказує, яку тварину необхідно для запилення цієї рослини. Наприклад, квітки, запилюється колібрі, пофарбовані в червоний колір, який залучає цих птахів.
Розселення. Більшість видів виробило механізми для видалення потомства від тих місць, де вона з'явилася на світ. Цей процес, званий розселенням, збільшує ймовірність того, що потомство буде підростати на ще не зайнятої території.
Більшість тварин просто уникає місць, де дуже сильна конкуренція. Однак накопичуються свідчення на користь того, що розселення зумовлено генетичними механізмами.
Багато рослин пристосувалися до розповсюдження насіння за допомогою тварин. Так, супліддя дурнішніка мають на поверхні гачки, якими вони чіпляються за шерсть що проходять повз тварин. Інші рослини утворюють смачні м'ясисті плоди, наприклад ягоди, які поїдаються тваринами; насіння проходять через травний тракт і непошкодженими «висіваються» в іншому місці. Для поширення рослини використовують і вітер. Наприклад, вітром переносяться «пропелери» насіння клена, а також насіння Ваточник, що мають чубчики з тонких волосків. Степові рослини типу перекотиполе, що здобувають до моменту дозрівання насіння кулясту форму, переганяються вітром на великі відстані, по дорозі розсіюючи насіння.
Поясніть механізм збудження молекули хлорофілу під дією світла. Процес фотосинтезу, його значення в природі.
Під впливом фотонів світла відбувається збудження молекули хлорофілу, причому рівні збудження можуть бути різними. Суть цього процесу полягає в тому, що електрони в молекулі хлорофілу переходять на вищий енергетичний рівень, нагромаджуючи потенціальну енергію. Частина з них відразу повертається на попередній рівень, а енергія, яка виділяється при цьому, випромінюється у вигляді теплоти. Значна частина електронів з високим рівнем енергії передає її іншим хімічним сполукам для виконання фотохімічної роботи, яка здійснюється в кількох основних напрямках:
1. Перетворення енергії електронів на енергію АТФ: АДФ.4 Ф + Енергія —> АТФ. Оскільки приєднання залишків фосфорної кислоти відбувається за рахунок енергії світла, цей процес називається фотофосфорилюванням.
2. Перебіг процесу фотолізу води: Н2О —> Н+ + ОН-. У результаті іони Н+, приєднуючи електрони з високим енергетичним рівнем, перетворюються на атомарний водень, який використовується в наступних реакціях фотосинтезу, а гідроксильні іони, взаємодіючи між собою, утворюють молекулярний кисень, воду і вільні електрони:
3. Передача енергії електронами з високим енергетичним рівнем через низку проміжних речовин для відновлення універсального біологічного переносника (акцептора) водню НАДФ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат). Внаслідок поглинання енергії НАДФ приєднує два атоми водню, що вивільнились у процесі фотолізу води, і перетворюється на НАДФ • Н2 (відновлена сполука). Отже, для світлової стадії фотосинтезу характерне перетворення енергії — збудження електронів хлорофілу, фотоліз води, утворення АТФ і відновлення НАДФ.
Далі настає темнова стадія фотосинтезу, для перебігу якої світло не потрібне. За наявності вуглекислого газу та енергії АТФ, що утворилися внаслідок перебігу світлових реакцій, відбувається приєднання водню до CO2, який надходить у хлоропласти із зовнішнього середовища. Відбуваються послідовні реакції за участю специфічних ферментів, внаслідок чого утворюються різні сполуки, серед яких перше місце посідають вуглеводи.
Процес фотосинтезу можна подати таким сумарним рівнянням:
Фотосинтез має велике значення для існування біосфери. Зелені рослини завдяки фотосинтезу щорічно вносять до складу органічних речовин близько 170 млрд. т вуглецю, здатні поновити увесь кисень атмосфери приблизно за 2 тис. років і увесь вуглекислий газ — за 300 років. Проте в процесі фотосинтезу використовується лише 1 % усієї сонячної енергії, яка потрапляє на рослини.
Охарактеризуйте чисельність, різноманітність та розповсюдження мікроорганізмів в різних екосистемах біосфери.
Грунт є головним резервуаром і природним середовищем перебування мікроорганізмів, які беруть участь у процесах формування й очищення ґрунту, а також круговороту речовин у природі. Життєдіяльність мікроорганізмів у ґрунті, їх якісний і кількісний склад визначається ґрунтовими умовами: наявністю живильних речовин, вологістю, аерацією, реакцією середовища, температурою й т.д. Великий вплив, як на загальну чисельність, так і на співвідношення окремих систематичних груп мікроорганізмів робить тип ґрунту. Розрізняючись по фізичних і хімічних властивостях ґрунт представляє різне середовище для життєдіяльності мікроорганізмів. Їх більше у зволоженому й обробленому ґрунті (4,2-5,2 млрд/г), менше в лісовому ґрунті, у пісках (0,9-1,2 млрд/г). Найбільш рясна мікрофлора у верхньому обрії ґрунту глибиною 2,5-15 див. У цьому шарі протікають основні біохімічні процеси перетворення органічних речовин, обумовлені життєдіяльністю мікроорганізмів. На глибині 4-5 м число мікроорганізмів значно знижується, тому що зменшується кількість живильних речовин і погіршуються умови аерації У складі мікрофлори ґрунту виділяють наступні групи мікроорганізмів: бактерії аммоніфікатори, що викликають гниття трупів тварин, залишків рослин, розкладання сечовини з утворенням аміаку й інших продуктів: аеробні бактерії - B. subtіlіs, B. mesenterіcus, Serratіa marcescens; бактерії роду Proteus; гриби роду Aspergіllus, Mucor, Penіcіllіum; анаэробы - C. sporogenes, C. putrіfіcum; уробактерії - Urobacіllus pasteurі, Sarcіna urea, що розщеплюють сечовину; бактерії, що нітрифікують: Nіtrobacter й Nіtrosomonas ( Nіtrosomonas окисляють аміак до азотистої кислоти, образуя нітрити, Nіtrobacter перетворюють азотисту кислоту в азотну й нітрати); азотфиксирующие бактерії: засвоюють із повітря вільний кисень й у процесі своєї життєдіяльності з молекулярного азоту синтезують білки й інші органічні сполуки азоту, використовувані рослинами; бактерії, що беруть участь у круговороті сірки, заліза, фосфору й інших елементів - серобактерии, железобактерии й т.д. (серобактерии окисляють сірководень до сірчаної кислоти, железобактерии окисляють з'єднання заліза до гідрату окису заліза, фосфорні бактерії сприяють утворенню легко розчинних з'єднань фосфору); бактерії, що розщеплюють клітковину, що викликають шумування (молочнокислі, спиртові, маслянокислые, оцтові, протионовые й ін.). З виділеннями людини й тварин, з фекально-побутовими стічними водами в ґрунт можуть попадати патогенні й умовно-патогенні мікроорганізми (збудники грибкових захворювань, ботулізму, правця, газової гангрени, сибірської виразки, бруцельозу, лептоспірозу, кишкових інфекцій й ін.). Фактори, що впливають на якісний і кількісний склад мікроорганізмів ґрунту: На чисельність мікроорганізмів впливають наступні фактори: 1. Тип ґрунту (тундрова, підзолиста, чорноземна, сіроземна). Найбільш багаті мікроорганізмами чорноземні ґрунти, у яких до 10% органічних речовин від сухої ваги ґрунту. В 1 м чорноземного ґрунту більше 3,5 млн мікробних кліток. На мікробний пейзаж у таких ґрунтах впливає рясна рослинність із багатою кореневою системою. Корінь виділяють у ґрунт білкові й азотисті речовини, мінеральні солі, органічні кислоти, вітаміни. У результаті цього навколо корінь створюються ризосфери, тобто скупчення мікроорганізмів. Мікроорганізми, у свою чергу, впливають на біохімічні процеси в ґрунті, на родючість. Виснажені, гористі й піщані ґрунти бідні мікроорганізмами. У таких ґрунтах органічних речовин 1% від сухої ваги ґрунту. 2.Вологість ґрунту. У вологих ґрунтах мікроорганізми розмножуються краще, ніж у сухих, але в ґрунтах торф'яних боліт, незважаючи на велику кількість вологи й органічних речовин (до 50%), мікроорганізмів мало, тому що ці ґрунти мають кислу реакцію й у них проявляється антагоністичний вплив мохів. 3. Аерація. Ґрунти, богаті вологою, погано аеруються. У цих умовах переважають анаероби, а піщані ґрунти аеруються краще, тому в них більше аеробів. 4. Температура ґрунту. У теплі періоди року мікроорганізмів у багато разів більше, ніж взимку. Взимку розвиток мікроорганізмів припиняється, і вони гинуть. Спостерігаються добові коливання кількості мікроорганізмів у ґрунті. Найбільш сприятлива температура 20-30°С, а при температурі 10°С и нижче розвиток сповільнюється. 5. Адсорбційна здатність ґрунтів. Найбільша адсорбуюча здатність ґрунтів спостерігається в горноземних (гумусових), вона залежить від змісту в ґрунті мулистих часток, кількості середнього й дрібного пилу, рН ґрунту. Ці ґрунти багаті кальцієм. Характер ґрунтів впливає й на глибину проникнення мікроорганізмів.
Мікрофлора повітря Сухе повітря (без водяної пари) складається з 78% азоту, близько 21 % кисню, 1 % аргону і 0,03 % оксиду вуглецю. Крім того, у повітрі містяться сліди водню, пеону, криптону, ксенону, кількість яких не переважає 10-5% обсягу повітря. Дефіцит вологи та поживних речовин, сонячна радіація перешкоджають розмноженню мікроорганізмів в атмосферному повітрі. Мікроби потрапляють до повітря з поверхні ґрунту та рослин, з відходами виробництва, із тваринних організмів. Мікрофлора атмосферного повітря є вторинною та досить бідною за видовим складом. Вона залежить від інтенсивності сонячної радіації, вітру, опадів, пори року. При чханні, кашлі, розмові із верхніх дихальних шляхів людини в повітря викидається безліч краплинок слизу з епітеліальними клітинами та мікроорганізмами. Зважені в повітрі краплинки утворюють стійкий мікробний аерозоль, дрібнодисперсні фракції якого здатні проникати навіть в середні та нижні відділи респіраторного тракту людини. Повітряно-крапельним шляхом відбувається передача збудників т. з. респіраторних інфекцій - грипу та корі, туберкульозу, коклюшу, дифтерії, краснухи, паротиту. Мікробний аерозоль може стати причиною розвитку алергічних захворювань, особливо за наявності в повітрі цвільових грибів та актиноміцетів. Розповсюдження мікробів за участі повітря може реалізовуватись й іншим шляхом, якщо викинуті з респіраторного тракту краплинки висихають на поверхнях і перетворюються на бактеріальний пил. Доведено, що в білковому субстраті деякі бактерії виживають довше і такий бактеріальний пил може інтенсивно переміщуватись з повітряними потоками. Крім Звичайних, у повітрі можуть бути й шкідливі компоненти для живих організмів, зокрема мікроорганізмів, речовини, що виникають внаслідок різних технологічних процесів. Найпоширенішим забруднювачем наших міст є оксид сірки, який взаємодіє з компонентами рослинних та мікробних клітин.
Мікрофлора води Вода є середовищем в якому мікроорганізми можуть розмножуватись оскільки у водах завжди міститься та чи інша кількість органічних і мінеральних речовин, що можуть використовуватись для живлення мікробів. Кількість і якісний склад мікрофлори різних природніх джерел води різноманітний. Він залежить, насамперед, від забруднення води. Особливо багатий і різноманітний склад мікробів у стічних водах. Загальна кількість мікробів в 1 мл активного мулу стічних вод за прямим підрахунком становить 10–20 млрд. У зв’язку з бурхливим розвитком промисловості і збільшенням чисельності населення міст різко збільшилась різноманітність стічних вод, які часто не очищеними спускаються у відкриті водоймища і ріки. Саме цей фактор є джерелом забруднення рік. Склад і кількість мікробів відкритого водоймища залежить від хімічного складу води, заселеності прибережних районів, пір року ті інших причин. Переважну більшість мікрофлори річок, озер, каналів становить група кокоподібних сапрофітних бактерій (до 80%). Найбільш поширеними представникоми з них є: Micrococus roseus, Micrococus agilis, Micrococus candidus, А також неспороносні паличкоподібні бактерії: Pseudomonas flourescens, Bacterium Violaceum, Clostridium perfingers. Залежно від ступеня забрудненості водойм можуть знаходитись і печний час зберігати свою життєдіяльність патогенні мікроби. Наприклад, у відкритих водоймах і у проточній воді збудник дезинтерії може знаходитись від кількох днів до кількох місяців, а холерний вібріон – до 3 місяців. Склад мікрофлори підземних вод (артезіанська, джерельна та інші), залежить в основному від глибини залягання водоносного шару, характеру грунту та ін., води, які залягають на великих глибинах містять дуже мало мікроорганізмів. Підземні води, які добувають з невиликих глибин через звичайні колодязі, куди можуть просочуватись поверхневі води, містять багато бактерії, серед яких трапляються і патогенні. Ступінь забруднення води мікробами прийнято виражати сапробністю – сукупністю організмів, що живуть у водах і містять велику кількість тваринних або рослинних решток. За кількістю мікроорганізмів, що живуть у воді, водойми поділяють на такі зони: 1. Олігсапробна зона. Число бактерій у 1 мл складає сотні тисяч, кількість кишкової палички незначна. Це зона помірного забруднення, в ній відбувається дальша мінералізація органічних речовин. Колі–титр – від 0,05 до 1. 2. Полісапробна зона. Вода у цій зоні дуже забруднена, бідні на кисень і багата на органічні сполуки. Кількість бактерій в 1 мл складає 1млн і більше, багато кишкової палички і анаеробних бактерій, які зумовлюють процеси гниття і бродіння. Колі–титр тут від 0,005 – до 0,001. Виділять ще так звану катаробну зону, або зону дуже чистої води. Це водойми, розміщені далеко від населених пунктів. Дуже чиста вода в них буває в осінньо–зимовий час. Колі–титр цієї води становить 10–100.