3. Адаптації, як результат еволюційного процесу

Адаптація — це пристосування живих систем до тих чи інших умов середовища існування. Усі види адаптації — це результат дії еволюційного процесу на основі природного добору. Адаптації мо­жуть виникати до абіотичних і біотичних факторів і бути спрямо­вані на підвищення стійкості організмів.

Шляхи адаптацій можуть бути різними, а саме:

1. Морфологічні (захисне забарвлення, колючки, товста кутику­ла, волосяний покрив, жировий шар і т. ін.).

2. Фізіологічні адаптації (стійкість фізіологічних параметрів: по­стійна температура тіла, вміст кисню, вуглекислого газу, вміст цукру в крові і т. ін.).

3. Біохімічні адаптації (постійність біохімічних процесів).

4. Етологічні адаптації (поведінкові реакції як адаптації орга­нізму).

З позицій учення Ч. Дарвіна були пояснені різноманітні адап­тації живих істот до умов середовища життя. Зокрема, вивчено різ­ні види захисних забарвлень, форми тіла й поведінки організмів, які роблять їх менш уразливими для ворогів.

Тварини із захисними забарвленням і формою тіла в разі небез­пеки, маскуючись, приймають певну позу. Наприклад, завмерши, гусінь метеликів-п'ядунів або тропічні комахи-паличники стають схожими на сухі сучки й зовсім непомітні на рослинах. У помір­них широтах завдяки сезонним линянням ссавці й птахи набува­ють темного літнього чи світлого зимового забарвлення, що відпо­відає тлу довкілля. Деякі тварини здатні змінювати забарвлення залежно від фону середовища — камбала, восьминоги, хамелеони та інші.

За явища демонстрації, навпаки, забарвлення і поведінка тва­рин роблять їх помітними на тлі довкілля. Попереджувальне й по­грозливе забарвлення та поведінка сигналізують ворогам про неїстівність таких тварин (колорадський жук, сонечко) або їхню добру захищеність (жалоносні оси, бджоли, отруйні змії)

Гарним прикладом адаптації до умов середовища є мімікрія. Мімікрія (від грец. мімікос — наслідувальний) — це здатність до уподібнення за забарвленням, формою чи поведінкою організмів одного виду (моделей) особинами іншого (імітаторами). Дві форми мімікрії відкрили англійський учений Г. Бейте та німецький — Ф. Мюллер.

За бейтсівської мімікрії гірше захищений вид уподібнюється добре захищеному, а за мюллерівської — кілька захищених видів наслідують один одного, утворюючи своєрідне кільце: їхні вороги, виробивши рефлекс відрази до одного з видів «кільця», не чіпають також й інших.

Прикладом бейтсівської мімікрії слугують деякі тропічні метелики-білани, які подібні до неїстівних для птахів метеликів інших родин. Різні метелики, мухи, жуки наслідують отруйних ос і бджіл, неотруйні змії — отруйних тощо. Мюллерівську мімікрію ілюструють отруйні членистоногі з попереджувальним червоним забарвленням з чорними плямами (сонечка, клоп-солдатик та ін.) або жовто-чорним (різні види ос, деякі павуки).

Мімікрія у рослин — це окремі пристосування, що нагадують інші види. Так, у деяких рослин квітки не мають нектарників, однак вони нагадують квітки гарних нектароносіїв і цим приваб­люють комах-запилювачів. Квітки деяких тропічних орхідей за формою й забарвленням нагадують самок певних видів метеликів. Самці цих комах запилюють їх у разі парування.

Наслідком адаптаційних процесів є існування аналогічних і го­мологічних органів, а також рудиментів та атавізмів.

Гомологія (від грецьк. гомологія — відповідність) — це відпо­відність загального плану будови органів різних видів, зумовлена їхнім спільним походженням.

Унаслідок адаптацій до різних умов життя гомологічні органи в різних видів можуть значно відрізнятися між собою, і єдність їх­нього походження встановлюють лише на підставі досліджень вну­трішньої будови, індивідуального розвитку, даних палеонтології тощо.

Прикладами гомологічних органів є передні кінцівки (нога, крило, рука, ласти тощо) різних хребетних тварин або видозміни кореня вищих рослин (коренеплід, коренева бульба тощо).

В особин різних таксономічних груп може спостерігатися кон­вергенція — поява різних ознак у результаті пристосування різних організмів до тих самих умов проживання (метелики і птахи, кити й риби). Так виникають аналогічні органи.

Аналогії (від грецьк. аналогія — подібність) — це подібність бу­дови органів різного походження, які виконують однакові функції.

Аналогічними органами є, наприклад, крила птахів і комах. У птахів крила розвинулись як видозміна передніх кінцівок, а в ко­мах — як бокові вирости поверхні тіла. Також аналогічними орга­нами є зябра риб, молюсків і ракоподібних, а в рослин — колючки, які є видозмінами пагона (глід) чи листків (барбарис, кактуси).

Рудименти (від лат. рудиментум — зачаток) — це органи, не­дорозвинені чи спрощені в особин певного виду внаслідок утрати своїх функцій протягом філогенезу, наприклад, залишки тазового поясу в китів, недорозвинені очі кротів, лускоподібні листки верб­люжої колючки. Тобто ці адаптації предків стали непотрібними для нащадків у зв'язку з адаптацією до інших умов життя. їх редукція дозволила організму зберегти матеріальні й енергетичні ресурси для інших, більш потрібних адаптацій.

Атавізми (від лат. атавіс — предок) — прояв у окремих пред­ставників виду станів ознак, притаманних їхнім предкам. Напри­клад, інколи народжуються люди з хвостом, густим волоссям на всьому тілі, з багатьма сосками. Це явище демонструє розвиток адаптацій предків завдяки збою у спадковій програмі чи процесі ембріогенезу. Будь-яка адаптація є складним комплексом морфо­логічних, фізіолого-біохімічних і генетичних взаємодій. Тому, на­віть у випадку втрати потреби в ній та її редукції, потенційна мож­ливість її відтворення ще довго зберігається в геномі виду.

Практична робота

Тема. Порівняння природного і штучного добору

Мета: провести порівняння природного і штучного добору, ви­явити риси схожості й відмінності.

Обладнання й матеріали: картки із зображенням організмів, які утворилися внаслідок природного і штучного добору, підруч­ник, робочий зошит.

Хід роботи

1. Розгляньте зображення організмів, які були утворені шляхом штучного і природного добору.

2. Запишіть основні форми природного добору та їх стислу харак­теристику.

3. На прикладі наданих зображень організмів укажіть ознаки, які розвинулися в них як результат дії різних форм природного до­бору.

4. Запишіть основні форми штучного добору та їх стислу характе­ристику.

5. На прикладі наданих зображень організмів укажіть ознаки, що розвинулися в них як результат дії різних форм штучного добору.

6. Зробіть висновок, у якому вкажіть риси схожості й відмінності природного і штучного добору.

ТЕМА: МАКРОЕВОЛЮЦІЙНИЙ ПРОЦЕС

Базові поняття й терміни: вид, макроеволюція, біологічний прогрес,

біологічний регрес, ароморфоз, ідіоадап­тація, загальна дегенерація, паралелізм, поліфілетичні таксони, монофілетичні таксони, еволюція, популяція, фактори еволюції, екологічні фактори, внутрішньовидові фактори еволюції, міжвидові фактори еволюції.

План

1. Макроеволюція - процес формування великих систематич­них одиниць.

2. Сучасні уявлення про фактори еволюції

.

1. Макроеволюція — це процес формування великих систематич­них одиниць: з видів — нових родів, з родів — нових родин і т. д. Процеси макроеволюції потребують великих проміжків часу, і без­посередньо вивчати її неможливо. Тим більше, в основі макроево­люції лежать ті самі рушійні сили, що й в основі мікроеволюції: спадковість, мінливість, природній добір та ін.

О. М. Сєверцов та 1.1. Шмальгаузен встановили два головні на­прямки еволюційного процесу: біологічний прогрес і біологічний регрес. Біологічний прогрес характеризується розширенням аре­алу, збільшенням чисельності виду, утворенням нових популяцій і

систематичних одиниць, переважанням народжуваності над смертністю. Прикладами біологічного прогресу є поширення по­критонасінних рослин, комах, молюсків, гризунів.

Біологічний регрес характеризується звуженням ареалу, змен­шенням чисельності виду, скороченням кількості популяцій і зменшенням систематичних одиниць, переважанням смертності над народжуваністю. Це призводить до скорочення кількості видів у роді, кількості родів у родині (іноді до одного), родин у ряді (одна) і т. д. Частина видів, родів, родин вимирають повністю (наприклад, зниження чисельності хвощів і плаунів). Біологічний регрес спо­стерігається для хоботних (слонів залишилося два види, мастодон­ти вимерли взагалі) і великих кішок (леви, тигри, леопарди).

Шляхи досягнення біологічного прогресу встановлені О. М. Сє-верцовим і пов'язані з різноманітними перетвореннями в будові організмів. До них належать ароморфоз, ідіоадаптація й загальна дегенерація.

Ароморфоз — орогенез, або морфофізіологічний прогрес, що су­проводжується значними змінами в будові організмів, підвищенням рівня їхньої організації. Ароморфози мають загальний характер і не є пристосувальними до спеціальних умов. Вони дають можливість освоїти нові місця проживання, розширити ареал. У результаті аро­морфозів виникли такі великі таксони, як типи і класи.

Прикладами ароморфозу є: виникнення щелеп, плавців у риб; утворення серця та його подальша еволюція; перетворення плавців риб на п'ятипалі кінцівки в амфібій і рептилій; багатоклітинність, утворення тканин і органів у рослин, що забезпечило вихід їх із води на суходіл; поява кори головного мозку тощо. Перетворення парних плавців кистеперих риб на парні кінцівки земноводних ста­ло передумовою виходу хребетних на суходіл. Поява яйця, зарод­кових оболонок навколо нього забезпечила розвиток хребетних на суходолі, і тільки завдяки цьому сформувалися справжні наземні хребетні, не пов'язані в період розмноження з водою. Розвиток три-, а згодом і чотирикамерного серця забезпечив їх теплокровність і можливість завоювання всіх середовищ існування.

Ідіоадаптація — галогенез, що супроводжується виникнен­ням в організмі окремих пристосувань до умов середовища, місця проживання без зміни рівня організації. При цьому відбувається освоєння нових середовищ життя. Зміни, що виникли, носять при­стосувальний характер, іноді вузькоспеціалізовані до конкретних умов. У результаті відбувається дивергенція ознак усередині однієї систематичної групи й утворюються більш дрібні таксони: ряди, родини,роди.

Іноді відбувається незалежний розвиток подібних ознак у близькоспо-ріднених груп організмів — паралелізм. Наприклад, розви­ток

ластів у ластоногих (моржів і тюленів).

Типовими прикладами ідіоадаптацій можуть бути захисне за­барвлення тіла у тварин; колючки й шипи — у рослин, різні при­стосування для поширення насіння. Ідіодаптаціями є також зміни будови тіла у птахів: курки, качки, ластівки, дятла й багатьох ін­ших. Рівень організації в них один, але, наприклад, форма й роз­мір дзьоба в усіх різні, пристосовані до певної їжі. У ссавців, що мешкають у воді (китоподібні) й на суходолі, — рівень організації один (у будові, наприклад, органів кровообігу, дихання, виділен­ня), а форми тіла, кінцівок — різні.

Загальна дегенерація — морфофізіологічний регрес, що супро­воджується спрощенням рівня організації, зникненням деяких органів або систем органів. Дегенерація пов'язана з переходом до паразитичного або сидячого способу життя, наприклад, втрата коренів і листя в рослини-паразита повитиці, органів травлення у стьожкових червів, редукція хорди в асцидії. У результаті вузь­кої спеціалізації з'являються спеціалізовані пристосування — при­соски, гачки. Проте, загальна дегенерація багатьох паразитичних груп супроводжується їх значним біологічним прогресом.

Ще однією суттєвою відмінністю макроеволюційних проце­сів є можливість об'єднання в новій групі генетичного матеріалу й можливостей віддалених систематичних груп. Так, симбіогенез примітивних еукаріотичних клітин із певним видом бактерій при­звів до появи мітохондрій і формування кількох нових великих таксонів. Слід також зауважити, що систематичні таксони велико­го рангу можуть мати поліфілетичне походження. Так, у мезозої існувало кілька споріднених груп рептилій, які у процесі еволюції перетворювалися на птахоподібних тварин. Кілька з них навіть опанували політ (конфуціосорніси, енанціорніси, віялохвості пта­хи). До наших часів збереглася лише одна з цих груп, але й інші ми можемо розглядати в широкому розумінні як представників кла­су Птахи. Сучасні ссавці також мають поліфілетичне походження. Одна з груп теріоморфних плазунів мезозою стала предками яйце­кладних ссавців, а інша — сумчастих і плацентарних.