Адаптации (приспособления) организмов к условиям среды. Aдаптация организма к физическим, биологическим и социальным факторам

Термином адаптация обозначают совокупность психофизиологических реакций, обеспечивающих приспособление строения и функций организма или органа к изменению окружающей среды и к изменениям, совершающимся в нем самом. Приспособление ко всей совокупности только естественных климатических условий и биологического окружения называют акклиматизацией. В обычной обстановке человек чаще всего испытывает влияние со стороны сразу целой группы изменившихся факторов.

От адаптации следует отличать резистентность. Под ней понимают устойчивость организма к воздействию внешних факторов. Выделяют специфическую резистентность, т.е. устойчивость по отношению к определенному фактору, и неспецифическую – понимая под ней устойчивость организма к различным факторам.

Физиологические адаптивные возможности организма не безграничны, по этой причине может иметь место дизадаптация, которая представляет нарушение адаптивных реакций организма, или процесс, обратный адаптации. Дизадаптация возникает в результате воздействия на организм факторов с силой, количественно превышающей психофизиологические возможности человека. Дизадаптация постепенно приводит к дисфункции – невозможности для организма или органа полноценно выполнять работу в результате нарушения структур, ответственных за адаптацию. Если чрезмерное, предельное воздействие не вызывает нарушений в органах и системах, то возможна реадаптация, т.е. возвращение вовлеченных в процесс систем в исходное положение после прекращения действия травмирующего фактора. Важнейшая особенность реадаптации состоит в том, что в организме, испытавшем несколько раз подряд влияние повышенной нагрузки, остается память (след) о нагрузке, сохраняющая длительное время проходящие в нем приспособительные изменения.

Выделяют генотипическую и фенотипическую адаптации.

Генотипическая адаптация представляет собой комплекс морфологических, физиологических, биохимических и поведенческих особенностей, направленных на поддержание относительного постоянства свойств и состава внутренней среды, называемого гомеостазом, и позволяющих организму существовать в данной среде. Этот комплекс особенностей генетически запечатлелся и передается по наследству.

Генотипическая (эволюционная) адаптация человеческих популяций проявляется в пигментации кожи, преобладающем определенном типе телосложения, форме и размерах головы у разных рас и народов. Например, при продвижении народов из центра возникновения на Север произошла адаптация людей к низкому уровню ультрафиолетового облучения. Светлая кожа лучше пропускает ультрафиолетовые лучи, в глубоких слоях кожи активнее проходит образование витамина D, что позволило древним людям приспособиться к условиям Севера, где мало ультрафиолета.

Фенотипическая адаптация приобретается в ходе индивидуальной жизни человека и животного. Ее платформой служит комплекс видовых наследственных признаков. Она формируется в процессе взаимодействия человека с окружающей средой и часто обеспечивается глубокими структурными изменениями организма. Приобретаемые в ходе жизни изменения не закрепляются генетически и, следовательно, не передаются по наследству. Они накладываются на имеющиеся наследственные признаки и свойства и в совокупности с ними создают его индивидуальный облик – фенотип.

В результате фенотипической адаптации организм приобретает отсутствующую ранее устойчивость к определенному фактору среды. Следствием этого индивидуального процесса является возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью, решать задачи, ранее организмом не разрешимые. Спектр задач простирается от умения избежать встречи с хищником с помощью пассивного оборонительного рефлекса до умения создать такие условия длительного космического полета, которые не сказываются отрицательно на всей дальнейшей жизни космонавта.

Таким образом, генетическая программа предусматривает не конкретную долговременную адаптацию, а лишь возможность ее формирования под влиянием среды. Это обеспечивает реализацию только жизненно необходимых адаптационных реакций, а по мере формирования адаптации совершается экономное, направляемое конкретной средой расходование энергетических и структурных ресурсов организма.

Классификация факторов среды . Все многообразие воздействующих на человека факторов делят на две группы: абиотические и биотические. К абиотическим факторам относят все то, что встречается в неживой природе: температуру, влажность, химический состав воздуха и воды и другие. Биотические факторы включают воздействие на человека всего живого – возбудителей болезней, растительную и животную пищу.

Факторы среды всегда встречают ответную реакцию организма: пища подвергается воздействию пищеварительных соков, против возбудителей болезней действует иммунная система защиты, при изменении температуры воздуха включаются терморегуляторные реакции. В то же время человек способен сознательно изменить в соответствии с физиологической потребностью некоторые физико-химические элементы среды. В частности, это относится к искусственным системам, в которых пребывают космонавты в длительном космическом полете и экипажи атомных подводных лодок в автономном плавании.

Качественная специфика фактора определяется его избирательностью в отношении влияния на те или иные процессы в организме. Она зависит от его физико-химической природы. Наряду с этим характер воздействия и реакция на него со стороны организма человека во многом определяются интенсивностью фактора, его «дозировкой».

Специфические адаптивные механизмы, свойственные человеку, дают ему возможность переносить определенный размах отклонений фактора от оптимальных значений без нарушения нормальных функций организма. Зоны количественного выражения фактора, отклоняющегося от оптимума, но не нарушающего жизнедеятельности, определяются как зоны нормы . Таких зон две, соответственно отклонению от оптимума в сторону недостатка дозировки фактора и в сторону ее избытка. При крайнем недостатке или избытке фактора, приводящем к патологическим изменениям в организме, выделяют зоны пессимума, то есть зоны, причиняющие вред. Наконец, за пределами этих зон количество фактора становится столь малым или большим, что полное напряжение всех генотипических и фенотипических возможностей организма оказывается неэффективным.

Адаптация к любому фактору требует затрат энергии сверх некоторого среднего уровня. В зоне оптимума адаптивные механизмы не включены, и энергия расходуется только на фундаментальные жизненные процессы, прежде всего на системы жизнеобеспечения. При выходе значения фактора за пределы оптимума начинают формироваться или включаются адаптивные механизмы, требующие тем больше энергетических затрат, чем дальше фактор отклоняется от оптимального значения. Нарушение энергетического баланса организма, наряду с повреждающим действием недостатка или избытка фактора, ограничивает диапазон переносимых человеком изменений.

Если внешние условия в течение достаточно длительного времени сохраняются на более или менее постоянном уровне, либо изменяются в пределах определенного диапазона вокруг какого-то среднего значения, то жизнедеятельность организма стабилизируется на уровне, адаптивном по отношению к этому среднему, типичному состоянию среды.

Всю сумму разнообразных воздействий на организм человека и животного принято делить на две категории. Экстремальные факторы несовместимы с жизнью, приспособление к ним невозможно. В условиях действия экстремальных факторов жизнь возможна только при наличии специальных средств жизнеобеспечения. Например, полет в космос возможен только в специальных космических кораблях, в которых поддерживается необходимое давление, температура и т.д. Адаптироваться же к условиям космоса человек не может.

Субэкстремальные факторы - жизнь при действии этих факторов возможна за счет перестройки физиологически адаптивных механизмов, которыми располагает сам организм. При чрезмерной силе и длительности действия раздражителя субэкстремальный фактор может превратиться в экстремальный.

Этапы адаптации . Большинство адаптационных реакций человеческого организма осуществляются в два этапа: начальный – срочная, но не всегда совершенная адаптация, и последующий – совершенная, долговременная адаптация.

Срочный этап адаптации возникает непосредственно после начала действия раздражителя на организм и может быть реализован лишь на основе ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Примерами проявления срочной адаптации являются: пассивное увеличение теплопродукции в ответ на холод, увеличение теплоотдачи в ответ на избыток теплоты, рост легочной вентиляции и минутного объема кровообращения в ответ на недостаток кислорода. На этом этапе адаптации функционирование органов и систем протекает на пределе физиологических возможностей организма, почти при полной мобилизации всех резервов, но не обеспечивает оптимальный адаптивный эффект. Так, например, бег нетренированного человека происходит при близких к максимуму величинах минутного объема сердца и легочной вентиляции, при максимальном превращении в печени резерва гликогена в глюкозу. Таким образом, адаптация возникает без подготовки, но оказывается несовершенной.

Долговременная адаптация к стрессору возникает постепенно, в результате длительного, постоянного или многократно повторяющегося действия на организм данного фактора. Основными условиями долговременной адаптации являются последовательность и непрерывность воздействия экстремального фактора. Кроме качественного критерия фактора среды, огромное значение имеет режим воздействия фактора на организм.

Переход срочного этапа адаптации, во многом несовершенного с позиции расточительного расходования энергетических и пластических ресурсов организма, в совершенную, долговременную осуществляется постепенно. Этот переход обеспечивает возможность постоянной жизни человека в новых условиях, расширяет сферы его обитания, снимает ограничения на свободу поведения в среде, изменившейся биологически и социально.

Реакция организма значительно возрастает, если фактор воздействует дискретно, с определенными интервалами. Такова адаптация к недостижимой ранее интенсивной физической работе, развитие устойчивости к значительной высотной гипоксии, которая ранее была несовместима с жизнью, развитие устойчивости к холоду, теплу, большим дозам ядов.

Развитие адаптации происходит через ряд фаз.

1. Начальная фаза адаптации - развивается в самом начале действия как физиологического, так и патогенного фактора. В первую очередь при действии какого - либо фактора возникает ориентировочный рефлекс, который сопровождается торможением многих видов деятельности, проявляющихся до этого момента. После торможения наблюдается реакции возбуждения. Возбуждение ЦНС сопровождается повышенной функцией эндокринной системы, особенно мозгового слоя надпочечников. При этом усиливаются функции кровообращения, дыхания, катоболические реакции. Однако, все процессы протекают в эту фазу некоординированно, недостаточно синхронизированно, неэкономно и характеризуются срочностью реакций. Чем сильнее факторы, действующие на организм, тем больше выражена эта фаза адаптации. Характерным для начальной фазы является эмоциональный компонент, причем, от силы эмоционального компонента зависит "запускание" вегетативных механизмов, которые опережают соматические.

2. Фаза - переходная от начальной к устойчивой адаптации. Характеризуется уменьшением возбудимости ЦНС, снижением интенсивности гормональных сдвигов, выключением ряда органов и систем, первоначально включенных в реакцию. В ходе этой фазы приспособительные механизмы организма как бы постепенно переключаются на более глубокий, тканевый уровень. Эта фаза и сопровождающие ее процессы относительно мало изучены.

3. Фаза устойчивой адаптации . Является собственно адаптацией - приспособлением и характеризуется новым уровнем деятельности тканевых, мембранных, клеточных элементов, органов и систем организма, перестроившихся под прикрытием вспомогательных систем. Эти сдвиги обеспечивают новый уровень гомеостазиса, адекватного организма и к другим неблагоприятным факторам - развивается так называемая перекрестная адаптация. Переключение реактивности организма на новый уровень функционирования не дается организму "даром", а протекает при напряжении управляющих и других систем. Это напряжение принято называть ценой адаптации. Любая активность адаптированного организма обходится ему много дороже, чем в нормальных условиях. Например, при физической нагрузке в горных условиях требуется на 25% больше энергии.

Поскольку фаза устойчивой адаптации связана с постоянным напряжением физиологических механизмов, функциональные резервы во многих случаях могут истощаться, наиболее истощаемым звеном являются гормональные механизмы.

Вследствие истощения физиологических резервов и нарушения взаимодействия нейрогормональных и метаболических механизмов адаптации возникает состояние, которое получило название дезадаптация . Фаза дезадаптации характеризуется теми же сдвигами, которые наблюдаются в фазе начальной адаптации - вновь в состояние повышенной активности приходят вспомогательные системы - дыхание и кровообращение, энергия в организме тратиться неэкономно. Чаще всего дезадаптация возникает в тех случаях, когда функциональная активность в новых условиях чрезмерно или действие адаптогенных факторов усиливается, и они по силе приближаются к экстремальным.

В случае прекращения действия фактора, вызывавшего процесс адаптации, организм постепенно начинает терять приобретенные адаптации. При повторном воздействии субэкстремального фактора способность организма к адаптации может быть повышена и адаптивные сдвиги при этом могут быть более совершенными. Таким образом, мы можем говорить о том, что адаптационные механизмы обладают способностью к тренировке и поэтому прерывистое действие адаптогенных факторов является более благоприятным и обусловливает наиболее стойкую адаптацию.

Системный структурный след . Резкое изменение условий внешней среды, несущее угрозу организму, запускает сложную адаптивную реакцию. В этой адаптивной перестройке главным является повышение метаболизма важнейших биологических макромолекул – РНК и белков. Механизм адаптации заключается в том, что при повторении угрозы нарушения гомеостаза функции организма будут протекать уже на фоне измененного – адаптированного к стрессорному воздействию – метаболизма клеточных структур. Поскольку повторные воздействия стресс-фактора приводят к адаптации, то сдвиги в метаболизме РНК и белков биологически целесообразны и способствуют более эффективному развитию физиологических адаптаций.

Возможность и качество перехода срочной адаптации в гарантированную долговременную определяются надежностью закрепления адаптационных изменений и тем, насколько приблизилась мощность исполнительных механизмов к уровню, соответствующему новым условиям среды обитания. Здесь центральным моментом является то, что нарушение функций органов и систем при воздействии на организм человека экстремальных факторов влечет за собой активацию генетического аппарата клетки, увеличение синтеза нуклеиновых кислот и определенных, функционально необходимых белков в клетках этих органов и систем. Это приводит к формированию адаптивных физиологических и морфологических изменений, увеличивающих возможности систем, ответственных за переход от срочной адаптации к долговременной.

В процессе адаптации все вовлеченные в нее органы, изменяясь количественно и качественно, образуют функциональную систему, ответственную за адаптацию. Развивающиеся в функциональной системе структурные изменения представляют собой системный структурный след, образующийся при переходе срочной, но ненадежной адаптации в долговременную. Системный структурный след составляет общий фундамент различных долговременных адаптаций организма. В основе адаптации к конкретным факторам среды лежат структурные следы разнообразной локализации и архитектуры, соответствующие требованиям среды. Следовательно, увеличение функциональной мощности клетки, ткани и органа достигается с помощью повышения относительной массы функционирующих микроструктур и ферментативной мощности биохимических реакций.

Чрезвычайную важность имеет формирование структурного следа при адаптации к химическим факторам. Как известно, защита организма от химических стрессоров осуществляется с помощью реакций свободного окисления. В результате природные субстраты или неприродные – ксенобиотики – подвергаются частичному или полному разрушению специальной системой окисления. Главная роль в ней принадлежит особому веществу – цитохрому Р-450. Хроническое поступление таких веществ многократно увеличивает мощность дезинтоксикационного окисления с помощью системы цитохрома Р-450. В результате формирования данного структурного следа значительно возрастает сопротивляемость организма человека к ряду снотворных и успокаивающих препаратов, алкоголю, никотину и многим другим ксенобиотикам.

Норма адаптивной реакции и цена адаптации . Норма адаптивной реакции – это пределы изменения системы под влиянием действующих на нее факторов среды, при которых не нарушаются структурно-функциональные связи со средой. Если воздействие факторов среды на организм количественно превышает уровень нормы адаптации организма, то он теряет способность в дальнейшем адаптироваться к среде, так как возможность перестройки структурных связей системы исчерпана. В этом случае система дизадаптируется.

Процесс индивидуальной адаптации обеспечивается формированием ряда изменений в организме, нередко носящих характер предпатологических или даже патологических реакций. Эти изменения, как следствие общего стресса или напряжения отдельных физиологических систем, представляют собой своеобразную «цену адаптации». Цена адаптации – это предпатологические или патологические изменения в организме, вызванные повышением его специфической устойчивости на действие стресс-фактора. Патологические изменения в организме могут появляться при адаптации человека к факторам внешней среды в высоких широтах, высокогорье, жарком климате и в других условиях.

Сложные и перекрестные адаптации . В естественных условиях обитания организм человека всегда подвержен влиянию сложного комплекса факторов, каждый из которых выражен в разной степени относительно своего оптимального значения. В природе сочетание всех факторов в их оптимальных значениях – явление практически невозможное.

При комплексном воздействии между отдельными факторами устанавливаются особые взаимоотношения, при которых действие одного фактора в какой-то степени изменяет – усиливает или ослабляет характер воздействия другого. Сочетание воздействия различных факторов на организм получило наименование перекрестных, или кросс-адаптаций. Типичным примером таких ситуаций могут быть случаи, когда адаптация к одному фактору оказывает положительное влияние на устойчивость к другому. Например, тренировка к мышечным нагрузкам вызывает устойчивость к гипоксии, теплу, но снижает устойчивость к холоду, и наоборот, тренировка к гипоксии создает повышенную устойчивость к большим мышечным нагрузкам, но понижает устойчивость к холоду. Процесс обезвоживания организма (дегидратация) приводит к снижению устойчивости к теплу. Адаптация к холоду снижает устойчивость к гипоксии, мышечной нагрузке, теплу. Тепловая адаптация, в свою очередь, повышает устойчивость к гипоксии, мышечной работе, а дегидратация повышает устойчивость к гипоксии.

Климатическая адаптация человека . Климатические условия на земном шаре чрезвычайно разнообразны, и только благодаря наличию у человека определенных приспособлений он способен существовать в более широком интервале условий внешней среды, чем все другие виды крупных млекопитающих.

Например, система терморегуляции в условиях сильной жары или холода эффективно поддерживает температуру внутренних областей тела в относительно узких пределах. В условиях жизни на больших высотах система органов дыхания поддерживает в стабильных пределах давление кислорода и углекислоты в жидкостях и тканях организма. Первостепенную физиологическую роль среди всех факторов играют те, которые оказывают прямое влияние на интенсивность теплового обмена между поверхностью тела и окружающей средой.

Адаптивные приспособления человеческого организма к температуре среды обитания бывают трех типов:

1. Общие физиологические приспособления, обеспечиваемые работой систем терморегуляции и кровообращения. Они создают возможность жить и работать в самых разнообразных условиях температурной среды. Приспособления такого рода могут быть как кратковременными, так и длительными.

2. Специализированные физиологические и анатомические адаптивные реакции, в основе которых лежат особенности генотипа.

3. Культурные и социальные приспособления, связанные с обеспечением человека жильем, одеждой, теплом, системой вентиляции.

Эффективная адаптация организма человека к климату обеспечивает состояние комфорта, создает возможность выполнения физической работы без повышенной утомляемости, предопределяет выполнение различных видов квалифицированной работы, требующей внимания и сноровки, с минимумом ошибок, обеспечивает нормальные условия для роста и развития.

Высокая способность приспособления человека к климату видна на примере крайних, наиболее трудных условий среды. Например, в Верхоянске (республика Саха – Якутия), находящемся вблизи Полярного круга, средняя температура самого холодного месяца, января, на 35°С ниже средней годовой (-18°С). В оазисе Ин-Салах в алжирской Сахаре температура самого жаркого месяца, июля, достигает 38°С, или на 12°С превышает среднюю годовую температуру. Несмотря на столь резкие изменения внешней температуры в различных областях, человеческие сообщества в них успешно выживают. При этом внутренняя температура тела на холоде и в тепле изменяется в относительно небольших пределах, а суточные колебания температуры внутренних областей тела не превышают 2°С.

Человек в жарком климате . Жаркий и влажный пояс простирается до 10° южной и северной широт и представляет влажную среду с максимальными температурами, изменяющимися в течение всего года в узком диапазоне от +24 до +28°С; ночью относительная влажность в этих районах приближается к 100%.

В пустынях сочетается действие на организм высокой температуры, ультрафиолетового и теплового излучения, крайней сухости воздуха, к ним добавляется ветер с пылью. Поступление тепла в организм человека в пустыне просто под воздействием горячего воздуха и излучения тепла нагретыми камнями и песком может превысить теплообразование организма в 3,5 раза. Физиологическая защита от высокой температуры может быть только одна – увеличение теплоотдачи. При этом термическая нагрузка для одетого человека в пустыне на солнце в 2,4 раза больше, чем во влажных тропиках.

Пришлое население в пустыне . У находящегося в покое человека высокая тепловая нагрузка за 30 мин вызывает подъем температуры кожи до 40°С, а ректальной температуры – до 39°С. Поэтому в норме немедленной физиологической реакцией на перегрев служит увеличение отдачи тепла организмом. Под действием атмосферного тепла раздражаются температурные рецепторы кожи, которые вместе с повышающейся температурой циркулирующей крови активируют центры терморегуляции в гипоталамусе. В итоге возникает пассивное и активное расширение кровеносных сосудов кожи – вазодилатация, и кровоток в коже увеличивается до 8 л/мин по сравнению с 0,5 л/мин в термонейтральном диапазоне.

В случае недостаточности указанных процессов для сохранения теплового баланса температура тела возрастает и начинается усиленное потоотделение. Интенсивность отдачи тепла при испарении пота зависит от разности давления паров воды на поверхности кожи и давления воздуха, от размеров увлажненной поверхности и от скорости движения воздуха. Увеличение температуры кожи повышает давление паров воды на ее поверхности. Теплоотдача за счет скрытой теплоты парообразования может сильно повыситься вследствие увеличения числа функционирующих потовых желез и прогрессирующего увеличения активности каждой железы. Максимально возможная потеря воды достигает примерно 1 л за 1 ч, что эквивалентно отдаче 2500 кДж тепла за 1 ч. Общее число потовых желез у разных людей неодинаково, но не имеется сколько-нибудь существенных различий между разными расовыми группами. Число потовых желез на одних и тех же участках поверхности тела у представителей разных групп приблизительно одинаково.

При постоянном или многократном воздействии тепловой нагрузки происходит улучшение в приспособлении организма к ней. Особенно заметно улучшается способность выполнять физическую работу. Главная причина улучшения системы регуляции состоит в том, что потовые железы становятся более чувствительными к тепловому раздражению. Это проявляется в ускорении и усилении потоотделения. Следовательно, площадь, с которой происходит испарение, увлажняется гораздо быстрее и равномернее, а теплоотдача за счет испарения возрастает, что минимизирует увеличение температуры тела и накопление тепла.

Аборигенное население тропиков и пустынь . Повышенную устойчивость коренного населения тропиков к действию на организм влажного и сухого тепла объясняют морфофункциональными особенностями, приобретенными популяциями в ходе их длительного существования в зоне тропиков, выразившимися в формировании «тропического» адаптивного типа человека. Под адаптивным типом понимают норму биологической реакции на комплекс условий окружающей среды, обеспечивающей состояние равновесия популяции с этой средой и имеющей внешнее выражение в морфофункциональных особенностях популяции.

По сравнению с жителями умеренного пояса, аборигенное население тропических широт характеризуется

· пониженной плотностью тела, уменьшенным весом, увеличением длины конечностей и туловища, малой выраженностью жировой складки.

· повышенным отношением поверхности тела к весу, что увеличивает испаряющую поверхность тела и способствует лучшему выведению тепла из организма.

· большой шириной носа, ротовой щели и поверхности губ, что увеличивает площадь слизистой, повышает отдачу влаги и лучше охлаждает вдыхаемый воздух.

· узкой и длинной головой (типичной для негроидов), нагревающейся медленнее, чем плоская и широкая голова.

· курчавыми волосами (у негров), замедляющими циркуляцию воздуха, что резко уменьшает теплопроводность волосяной шапки, препятствуя нагреванию кожи головы.

· бόльшей, чем у европейцев, разницей между температурой «ядра» и «оболочки» тела, кистей и стоп, что способствует лучшему выведению тепла из организма.

· меньшей на 10–12% интенсивностью основного обмена, чем у жителей умеренного климата. При этом его снижение прямо пропорционально величине среднегодовой температуры среды обитания.

Человек в высоких широтах. Термином «высокие широты» обозначают территории, лежащие выше 66°33" северной и южной широт. Среди факторов, отрицательно влияющих на организм человека в высоких широтах, имеются такие, от которых он может себя оградить. Это, прежде всего, низкие температуры. От других же защититься практически невозможно. К таковым относятся специфические колебания атмосферного давления и присущие регионам высоких широт особые ритмы светового и сезонного режимов, характеризующиеся непрерывным солнечным освещением в период полярного дня и длительным его отсутствием в период полярной ночи. Это вызывает напряжение физиологических и метаболических процессов у мигрантов из средних широт из-за отрицательного воздействия на суточную ритмику организма.

Адаптация пришлого населения . Адаптация человека к экстремальным условиям высоких широт обеспечивается перестройками обмена веществ, напряжением нейроэндокринных механизмов регуляции. Общая закономерность проявляется в том, что у пришлого населения адаптация протекает фазно:

· начальный период адаптации к суровым условиям Крайнего Севера продолжается в среднем до полугода и характеризуется рассогласованием многих физиологических функций.

· во втором периоде, длящемся около 2–3 лет, в условиях физиологического покоя и при умеренных физических и психоэмоциональных нагрузках имеет место нормализация и синхронизация механизмов, отвечающих за постоянство состава и свойств внутренней среды.

· в третьем периоде, на протяжении последующих 10–15 лет, состояние организма относительно стабилизируется. Несмотря на стабилизацию, для поддержания должного уровня жизнедеятельности все же требуется постоянное напряжение нейроэндокринных регуляторных механизмов. Это напряжение проявляется в повышении интенсивности обменных процессов в покое, а не только во время работы, что у отдельных индивидов может привести к истощению резервных возможностей организма.

Самым мощным фактором в условиях высоких широт, несомненно, является холод. Для любого человека – мигранта и аборигена – ответные реакции на непосредственное охлаждение с позиции сохранения температурного гомеостаза одинаковы и сводятся к уменьшению теплоотдачи и повышению теплопродукции. Мигранты, прибывшие в высокие широты, постепенно акклиматизируются к холоду. На это указывают повышение величины основного обмена, особенно зимой, и улучшение теплоизолирующих свойств поверхности благодаря уменьшению кровоснабжения оболочки тела.

Адаптивные ответы со стороны сердечно-сосудистой системы на экстремальные факторы Крайнего Севера разнообразны:

Спустя 3–6 лет после прибытия на Север постепенно урежается частота сердечных сокращений, снижаются систолический и минутный объемы кровообращения, но артериальное давление и периферическое сопротивление сосудов остаются увеличенными.

В результате проживания в течение 10 и более лет устанавливается стойкое уменьшение ЧСС (брадикардия), снижается систолический и минутный объемы кровообращения, повышается артериальное давление и периферическое сосудистое сопротивление. В этот период акклиматизации возрастает проявление гипертонической болезни. Причем она характеризуется более тяжелым течением, чем в средних широтах.

Суровые условия Севера, в целом, накладывают негативный отпечаток на функции организма – в итоге состояние здоровья мигрантов ухудшается, в частности, ослабляются защитные возможности со стороны иммунной системы.

Аборигенное население . Холодовой стресс определил, в конечном итоге, особенности строения тела и физиологических функций организма коренного населения Арктики, эволюционно закрепившихся в виде «арктического адаптивного типа». Характерными для него являются увеличение теплопродукции и изменения в системе теплоотдачи, которые на клеточном уровне и уровне систем органов эффективно обеспечивают температурный гомеостаз у аборигенов высоких широт. К морфологическим особенностям обеспечения температурного гомеостаза аборигенного населения относятся:

· коренастое телосложение массивного мускульного типа с несколько измененными пропорциями в сторону укорочения конечностей относительно крупного цилиндрического торса. В совокупности это уменьшает удельную поверхность тела относительно его массы, снижая, тем самым, интенсивность теплопотерь.

· более выраженная, чем у постоянных жителей регионов с относительно теплым климатом, возможность перераспределения кровотока между поверхностными и глубокими кровеносными сосудами тела, особенно конечностей, Эта особенность ограничивает теплопотери через кожные покровы и помогает сохранять постоянство температуры «ядра» туловища.

· специфические черты мягких тканей лица: округлый овал лица, уплощенный, широкий нос, узкий разрез глазных щелей. Плоские молярные области черепа обеспечивают формирование на них теплозащитных жировых подушек и обладают большей степенью ороговения кожного эпидермиса. Все это смягчает прямое холодовое воздействие на открытую лицевую поверхность.

У коренных жителей высоких широт имеются определенные функциональные особенности обеспечения температурного гомеостаза:

· Снижена чувствительность холодовых рецепторов.

· Температура кожи всегда более высокая, даже в сравнении с долго живущими в высоких широтах мигрантами. Это обусловлено тем, что на холоде кожные сосуды периодически расширяются и усиленный кровоток согревает кожные покровы, предохраняя их от отморожений.

· Понижена секреция антидиуретического гормона, что уменьшает обводненность тканей оболочки тела. Поэтому они обладают пониженной теплопроводностью, способствуя удержанию тепла в организме.

· Основной обмен повышен на 13–30% в сравнении со стандартными нормами умеренного пояса.

· Увеличен остаточный объем легких, которые расширены, что улучшает диффузионные способности альвеол. Вентиляция равномерно распределяется на средние и верхние зоны, где увеличенный объем «мертвого пространства» воздухоносных путей улучшает тепловую обработку поступающего воздуха. Бронхиальное дерево у жителей высоких широт функционирует как эффективный противоточный теплообменник вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Коэффициент утилизации кислорода в легких у аборигенов высоких широт выше в сравнении с новоселами. Это, а также увеличение массы правого желудочка, расширение просвета и гипертрофические изменения стенок легочных сосудов свидетельствуют о том, что малый круг кровообращения испытывает значительное напряжение в обеспечении организма коренных жителей Севера необходимым количеством кислорода. Транспорт и утилизация кислорода организмом северян возрастают благодаря увеличению числа капилляров в головном мозге, миокарде, печени, скелетной мускулатуре.

Однако адаптивное приспособление аборигенов к жизни в условиях высоких широт дается дорогой «ценой». Это проявляется в задержке на несколько лет периода полового созревания, высокой частоте первичного бесплодия молодых женщин и преждевременных родах, повышенной частоте патологии желудочно-кишечного тракта и легочных заболеваний. Снижается функциональная и иммунологическая реактивность детского организма.

Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего (полного) общего образования, рекомендован Министерством образования и науки РФ и включен в Федеральный перечень учебников.

Учебник адресован учащимся 11 класса и рассчитан на преподавание предмета 1 или 2 часа в неделю.

Современное оформление, многоуровневые вопросы и задания, дополнительная информация и возможность параллельной работы с электронным приложением способствуют эффективному усвоению учебного материала.

Рис. 33. Зимняя окраска зайца

Итак, в результате действия движущих сил эволюции у организмов возникают и совершенствуются адаптации к условиям окружающей среды. Закрепление в изолированных популяциях различных адаптаций может в итоге привести к образованию новых видов.

Вопросы для повторения и задания

1. Приведите примеры приспособленности организмов к условиям существования.

2. Почему одни животные имеют яркую, демаскирующую окраску, а другие, наоборот, – покровительственную?

3. В чём состоит сущность мимикрии?

4. Распространяется ли действие естественного отбора на поведение животных? Приведите примеры.

5. Каковы биологические механизмы возникновения приспособительной (скрывающей и предупреждающей) окраски у животных?

6. Являются ли физиологические адаптации факторами, определяющими уровень приспособленности организма в целом?

7. В чём сущность относительности любого приспособления к условиям обитания? Приведите примеры.

Подумайте! Выполните!

1. Почему не существует абсолютного приспособления к условиям обитания? Приведите примеры, доказывающие относительный характер любого приспособления.

2. Детёныши кабана обладают характерной полосатой окраской, которая с возрастом исчезает. Приведите аналогичные примеры изменения окраски у взрослых особей по сравнению с потомством. Можно ли считать эту закономерность общей для всего животного мира? Если нет, то для каких животных и почему она характерна?

3. Соберите информацию о животных с предостерегающей окраской, обитающих в вашем регионе. Объясните, почему знание этого материала важно для каждого. Сделайте информационный стенд об этих животных. Выступите с сообщением по этой теме перед школьниками младших классов.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Человек

Поведенческие адаптации – врождённое безусловно-рефлекторное поведение. Врождённые способности существуют у всех животных, в том числе и у человека. Новорождённый ребёнок умеет сосать, глотает и переваривает пищу, моргает и чихает, реагирует на свет, звук и боль. Это примеры безусловных рефлексов. Такие формы поведения возникли в процессе эволюции как результат приспособления к определённым, относительно постоянным условиям окружающей среды. Безусловные рефлексы передаются по наследству, поэтому все животные рождаются уже с готовым комплексом таких рефлексов.

Каждый безусловный рефлекс возникает на строго определённый раздражитель (подкрепление): одни – на пищу, другие – на боль, третьи – на появление новой информации и т. д. Рефлекторные дуги безусловных рефлексов постоянны и проходят через спинной мозг или ствол головного мозга.

Одной из наиболее полных классификаций безусловных рефлексов является классификация, предложенная академиком П. В. Симоновым. Учёный предложил разделить все безусловные рефлексы на три группы, отличающиеся по особенностям взаимодействия особей друг с другом и с окружающей средой. Витальные рефлексы (от лат. vita – жизнь) направлены на сохранение жизни индивида. Их невыполнение ведёт к гибели особи, а для реализации не требуется участия другой особи того же вида. В эту группу относят пищевые и питьевые рефлексы, гомеостатические рефлексы (поддержание постоянной температуры тела, оптимальной частоты дыхания, сердцебиения и т. п.), оборонительные, которые, в свою очередь, делят на пассивно-оборонительные (убегание, затаивание) и активно-оборонительные (нападение на угрожающий объект) и некоторые другие.

К зоосоциальным, или ролевым, рефлексам относят те варианты врождённого поведения, которые возникают при взаимодействии с другими особями своего вида. Это половые, детско-родительские, территориальные, иерархические рефлексы.

Третья группа – это рефлексы саморазвития. Они не связаны с адаптацией к конкретной ситуации, а как бы обращены в будущее. Среди них исследовательское, подражательное и игровое поведение.

Приспособления организмов к окружающей среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.

Известно два типа адаптации: генотипическая и фенотипическая.

По определению Большой медицинской энциклопедии (БМЭ): «…генотипическая адаптация возникает вследствие отбора клеток с определенным генотипом, обуславливающим выносливость». Это определение не безупречно, так как оно не отражает того, к какому виду нагрузок относится выносливость, так как в большинстве случаев, приобретая одни преимущества, живые организмы теряют другие. Если, например, растение хорошо переносит жаркий засушливый климат, то, скорее всего, оно будет плохо переносить холодный и влажный.

Что же касается фенотипической адаптации, то к настоящему времени нет строгого определения этого термина.

По определению БМЭ «… фенотипическая адаптация возникает как защитная реакция на действие повреждающего фактора».

По определению Ф.З. Меерсона «Фенотипическая адаптация - развивающийся в ходе индивидуальной жизни процесс, в результате которого организм приобретает отсутствующую ранее устойчивость к определенному фактору внешней среды и таким образом получает возможность жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью…».

Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и развиваются в ходе эволюции видов.

Механизмы адаптации

Основные механизмы адаптации на уровне организма:

1) биохимические - проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества;

2) физиологические - например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;

3) морфо-анатомические - особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни;

4) поведенческие - например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т.п.;

5) онтогенетические - ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

Рассмотрим эти механизмы подробнее.

Биохимические механизмы. Животные, обитающие в прибрежной (литоральной) зоне моря, хорошо адаптированы к воздействиям неблагоприятных факторов окружающей среды и благодаря набору адаптаций способны выживать в условиях недостатка кислорода. В частности: у них развиты дополнительные механизмы потребления кислорода из окружающей среды; они способны поддерживать внутренние энергетические ресурсы организма, переключаясь на анаэробные метаболические пути; они снижают скорость своего общего метаболизма в ответ на действие низких концентраций кислорода в морской воде. Причем третий способ считается основным и одним из важнейших механизмов адаптации к недостатку кислорода для многих видов морских моллюсков. Во время периодических обсыханий, возникающих в результате приливно-отливных циклов, литоральные двустворчатые моллюски подвергаются воздействию краткосрочной аноксии и переключают свой метаболизм на анаэробный путь. Вследствие этого они считаются типичными факультативными анаэробными организмами. Известно, что интенсивность обмена у морских Bivalvia при аноксии снижается более чем в 18 раз. Снижая скорость метаболизма, гипоксия/аноксия в значительной степени влияет на ростовые и многие другие физиологические характеристики моллюсков.

В ходе эволюции морские двустворчатые моллюски выработали комплекс биохимических адаптаций, которые позволяют им переживать неблагоприятное воздействие краткосрочной аноксии. Вследствие прикрепленного образа жизни биохимические адаптации у двустворчатых моллюсков более разнообразны и выражены в большей степени, чем у свободноживущих организмов, у которых в первую очередь развиты поведенческие и физиологические механизмы, позволяющие избежать кратковременных неблагоприятных воздействий окружающей среды.

У морских моллюсков описано несколько механизмов регуляции уровня метаболизма. Одним из них является изменение скорости гликолитических реакций. Например, для Bivalvia характерно аллостерическое регулирование активности ферментов в условиях аноксии, в ходе которого метаболиты оказывают воздействие на специфические локусы ферментов. Одним из важных механизмов снижения скорости общего метаболизма служит обратимое фосфорилирование белков. Такие изменения в структуре белков вызывают значительные модификации в активности многих ферментов и функциональных белков, участвующих во всех процессах жизнедеятельности организма. Например, у Littorea littorea, как и у большинства моллюсков, устойчивых к аноксии, обратимое фосфорилирование некоторых ферментов гликолиза способствует перенаправлению потока углерода в анаэробный путь ферментативного метаболизма, а также подавлению скорости гликолитического пути.

Несмотря на то, что снижение скорости метаболизма является количественно выгодным механизмом, способствующим выживанию морских моллюсков в условиях аноксии, активация модифицированных путей метаболизма также играет важную роль в процессах адаптаций морских моллюсков к низким концентрациям кислорода в морской воде. В ходе данных реакций в значительной степени увеличивается выход АТФ и образуются некислотные и/или летучие конечные продукты, способствующие в свою очередь сохранению гомеостаза клетки в условиях аноксии.

Итак, биохимическая адаптация часто является крайним средством, к которому организм прибегает, когда у него нет поведенческих или физиологических способов избежать неблагоприятного воздействия среды.

Поскольку биохимическая адаптация - не легкий путь, часто организмам проще найти подходящую среду путем миграции, чем перестроить химизм клетки. В случае прикрепленных морских прибрежных двустворчатых моллюсков миграция к благоприятным условиям среды невозможна, поэтому у них хорошо развиты механизмы регуляции метаболизма, позволяющие им адаптироваться к постоянно изменяющейся прибрежной зоне моря, для которой характерны периодические осушения.

Физиологические механизмы. Тепловая адаптация обусловлена совокупностью специфических физиологических изменений. Главными из них являются усиление потоотделения, снижение температуры ядра и оболочки тела и уменьшение частоты сердечных сокращений при нагрузке по мере пребывания в условиях повышенной температуры (табл. 1).

Таблица 1. Адаптационные физиологические изменения у человека в условиях повышенной температуры окружающей среды

Морфо-анатомические механизмы. Так, известная всем белка обладает хорошей морфофункциональной приспособленностью, которая позволяет выжить в среде обитания. К приспособительным внешним признакам строения белки относятся следующие:

Острые загнутые когти, позволяющие хорошо цепляться, удерживаться и передвигаться по дереву;

Сильные и более длинные, чем передние, задние ноги, которые дают возможность делать белке большие прыжки;

Длинный и пушистый хвост, действующий как парашют в прыжках и согревающий ее в гнезде в холодное время года;

Острые, самозатачивающиеся зубы, что позволяет грызть твердую пищу;

Линька шерсти, которая помогает белке не замерзнуть зимой и чувствовать себя легче летом, а также обеспечивает смену маскировочной окраски.

Эти приспособительные особенности позволяют белке легко передвигаться по деревьям во всех направлениях, находить пищу и поедать ее, спасаться от врагов, делать гнездо и выращивать потомство, оставаться оседлым животным, несмотря на сезонные перепады температуры. Таким образом осуществляется взаимосвязь белки со средой обитания.

Поведенческие механизмы. Кроме примеров поисковой активности благоприятных мест обитания, научения, стратегии поведения в условиях угрозы (борьба, бегство, замирание), объединения в группы, постоянной мотивированности интересами выживания и продолжения рода, можно привести и другой яркий пример.

В естественных и экспериментальных условиях водной среды как морские, так и пресноводные виды рыб ориентируются с использованием элементов поведения. При этом происходит как пространственная, так и временная адаптация к различным факторам - температуре, освещенности, содержанию кислорода, скорости течения и др. Достаточно часто у рыб наблюдается феномен самопроизвольного выбора того или иного фактора среды, например, ориентация по градиенту температуры воды. Поведенческие механизмы ориентации рыб по отношению к температурному фактору среды часто аналогичны либо незначительно отличаются от реакции на другие факторы.

Онтогенетические механизмы. Системы онтогенетической адаптации - это фундамент, который обеспечивает выживание и успешное размножение достаточного числа особей в привычных для популяции условиях обитания. Их сохранение настолько важно для выживания видов, что в эволюции возникла целая группа генетических систем, которые призваны служить барьером, охраняющим системы онтогенетической адаптации от разрушительного воздействия тех эволюционных факторов, которые когда-то способствовали их формированию.

Различают следующие подвиды данного вида адаптации:

Генотипическая адаптация - отбор наследственно детерминированной (изменение генотипа) повышенной приспособленности к измененным условиям (спонтанный мутагенез);

Фенотипическая адаптация - при этом отборе изменчивость ограничена нормой реакции, определяемой стабильным генотипом.

У двукрылых, для которых благодаря наличию гигантских политенных хромосом слюнных желёз возможно выявление тонкой линейной структуры хромосом, часто обнаруживаются целые комплексы видов-близнецов, состоящие из нескольких, почти неразличимых морфологически, близкородственных видов. Для других зоологических видов, у которых нет политенных хромосом, столь тонкая цитологическая диагностика затруднена, но и для них на изолированных архипелагах часто можно наблюдать целые группы близкородственных видов, явно недавнего происхождения, сильно дивергировавших от общего материкового предка. Классическими примерами являются гавайские цветочницы, дарвиновы вьюрки на Галапагосских островах, ящерицы и улитки на Соломоновых островах и многие другие группы эндемических видов. Всё это указывает на возможность множественных актов видообразования, связанных с одиночными эпизодами колонизации, и на широкую адаптивную радиацию, запускающим механизмом которой послужила дестабилизация прежде устойчивого, хорошо интегрированного генома.

В процессе эволюции в результате естественного отбора и борьбы за существование возникают приспособления (адаптации) организмов к определенным условиям обитания. Сама эволюция является по существу непрерывным процессом образования адаптаций, происходящим по следующей схеме: интенсивность размножения -> борьба за существование -> избирательная гибель -> естественный отбор -> приспособленность.

Адаптации затрагивают разные стороны жизненных процессов организмов и поэтому могут быть нескольких типов.

Морфологические адаптации

Они связаны с изменением строения тела. Например, появление перепонок между пальцами ног у водоплавающих животных (амфибий, птиц и др.), густого шерстного покрова у северных млекопитающих, длинных ног и длинной шеи у болотных птиц, гибкого тела у норных хищников (например, у ласки) и т. п. У теплокровных животных при продвижении на север отмечается увеличение средних размеров тела (правило Бергмана), что уменьшает относительную поверхность и теплоотдачу. У придонных рыб формируется плоское тело (скаты, камбала и др.). У растений в северных широтах и высокогорных районах часты стелющиеся и подушковидные формы, меньше повреждаемые сильными ветрами и лучше согреваемые солнцем в припочвенном слое.

Покровительственная окраска

Покровительственная окраска очень важна для видов животных, не имеющих эффективных средств защиты от хищников. Благодаря ей животные становятся менее заметными на местности. Например, самки птиц, высиживающие яйца, почти не отличимы от фона местности. Яйца птиц также окрашены под цвет местности. Покровительственную окраску имеют донные рыбы, большинство насекомых и многие другие виды животных. На севере чаще встречается белая или светлая окраска, помогающая маскироваться на снегу (полярные медведи, полярные совы, песцы, детеныши ластоногих - бельки и др.). У ряда животных появилась окраска, образованная чередованием светлых и темных полос или пятен, делающая их менее заметными в кустарниках и густых зарослях (тигры, молодые кабаны, зебры, пятнистые олени и др.). Некоторые животные способны очень быстро менять окраску в зависимости от условий (хамелеоны, осьминоги, камбала и др.).

Маскировка

Суть маскировки в том, что форма тела и его окраска делают животных похожими на листья, сучки, ветви, кору или колючки растений. Часто встречается у насекомых, обитающих на растениях.

Предостерегающая или угрожающая окраска

Некоторые виды насекомых, имеющих ядовитые или пахучие железы, имеют яркую предостерегающую окраску. Поэтому хищники, однажды столкнувшиеся с ними, надолго запоминают эту окраску и больше не нападают на таких насекомых (например, осы, шмели, божьи коровки, колорадские жуки и ряд других).

Мимикрия

Мимикрия - это окраска и форма тела у безобидных животных, подражающие их ядовитым собратьям. Например, некоторые не ядовитые змеи похожи на ядовитых. Цикады и сверчки напоминают крупных муравьев. У некоторых бабочек на крыльях имеются крупные пятна, напоминающие глаза хищников.

Физиологические адаптации

Этот тип адаптаций связан с перестройкой обмена веществ у организмов. Например, появление теплокровности и терморегуляции у птиц и млекопитающих. В более простых случаях - это приспособление к определенным формам пищи, солевому составу среды, высоким или низким температурам, влажности или сухости почвы и воздуха и т. п.

Биохимические адаптации

Этот тип адаптаций связан с образованием определенных веществ, облегчающих защиту от врагов или нападение на другие организмы. Сюда можно отнести яды змей, скорпионов, пауков и некоторых других животных, облегчающие им охоту; антибиотики грибов и бактерий, защищающие их от конкурентов; токсины растений, предохраняющие их от поедания; пахучие вещества клопов и некоторых других насекомых, отпугивающие врагов и т. п. Сюда же можно отнести образование ферментов, разрушающих ядохимикаты и лекарственные препараты, используемые человеком и приводящие к появлению устойчивых к этим веществам форм бактерий, грибов и других организмов. К биохимическим адаптациям относится и особая структура белков и липидов у термофильных (устойчивых к высоким температурам) и психрофильных (холодолюбивых), позволяющая организмам существовать в горячих источниках, вулканических почвах или в условиях вечной мерзлоты.

Поведенческие адаптации

Данный тип адаптаций связан с изменением поведения в тех или иных условиях. Например, забота о потомстве приводит к лучшему выживанию молодых животных и повышает устойчивость их популяций. В брачные периоды многие животные образуют отдельные семьи, а зимой объединяются в стаи, что облегчает их пропитание или защиту (волки, многие виды птиц).

Приспособления к периодическим факторам среды

Это адаптации к факторам среды, имеющим определенную периодичность в своем проявлении. К этому типу относятся суточные чередования периодов активности и отдыха, состояния частичного или полного анабиоза (сбрасывание листьев, зимние или летние диапаузы животных и др.), миграции животных, вызванные сезонными изменениями и т. п.

Приспособления к экстремальным условиям обитания

Растения и животные, обитающие в пустынях и полярных областях , также приобретают ряд специфических адаптаций. У кактусов листья преобразовались в колючки (уменьшение испарения и защита от выедания животными), а стебель превратился в фотосинтезирующий орган и резервуар . Пустынные растения имеют длинную корневую систему, позволяющие добывать воду с большой глубины. Пустынные ящерицы могут обходиться без воды, поедая насекомых и получая воду путем гидролиза их жиров. У северных животных кроме густого меха имеется также большой запас подкожных жиров, уменьшающий охлаждение тела.

Относительный характер адаптаций

Все приспособления целесообразны лишь для определенных условий, в которых они выработались. При изменении этих условий адаптации могут потерять свою ценность или даже принести вред имеющим их организмам. Белая окраска зайцев, хорошо защищающая их на снегу, становится опасной при малоснежных зимах или сильных оттепелях.

Относительный характер адаптаций хорошо доказывают и данные палеонтологии, свидетельствующие о вымирании больших групп животных и растений, не переживших изменение условий жизни.

Адаптация – это приспособление организма к условиям среды за счет комплекса морфологических, физиологических, и поведенческих признаков.

Разные организмы приспосабливаются к различным условиям среды, и в результате появляются влаголюбы-гидрофиты и «сухотерпцы»-ксерофиты (рис. 6); растения засоленных почв – галофиты ; растения, устойчивые к затенению (сциофиты ), и требующие для нормального развития полного солнечного света (гелиофиты ); животные, которые обитают в пустынях, степях, лесах или на болотах, ведут ночной или дневной образ жизни. Группы видов со сходным отношением к условиям среды (то есть живущих в одних и тех же экотопах) называются экологическими группами.

Способности адаптироваться к неблагоприятным условиям у растений и животных различаются. В силу того, что животные подвижны, их адаптации более разнообразны, чем у растений. Животные могут:

– избегать неблагоприятных условий (птицы от зимней бескормицы и холода улетают в теплые края, олени и другие копытные кочуют в поисках корма и т.д.);

– впадать в анабиоз – временное состояние, при котором жизненные процессы настолько замедлены, что почти полностью отсутствуют их видимые проявления (оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и др.);

– приспосабливаться к жизни в неблагоприятных условиях (от мороза их спасают шерстный покров и подкожный жир, у пустынных животных есть приспособления для экономного расходования воды и охлаждения и т.д.). (Рис. 7).

Растения малоподвижны и ведут прикрепленный образ жизни. Поэтому у них возможны лишь два последних варианта адаптаций. Так, для растений характерно снижение интенсивности процессов жизнедеятельности в неблагоприятные периоды: они сбрасывают листья, зимуют в виде погребенных в почву покоящихся органов – луковиц, корневищ, клубней, сохраняются в состоянии семян и спор в почве. У моховидных способностью к анабиозу обладает все растение, которое в сухом состоянии может сохраняться несколько лет.

Устойчивость растений к неблагоприятным факторам повышается за счет специальных физиологических механизмов: изменение осмотического давления в клетках, регулирование интенсивности испарения с помощью устьиц, использование мембран-«фильтров» для избирательного поглощения веществ и др.

Адаптации у разных организмов вырабатываются с разной скоростью. Наиболее быстро они возникают у насекомых, которые за 10–20 поколений могут приспособиться к действию нового инсектицида, чем объясняются неудачи химического контроля плотностипопуляций насекомых-вредителей. Процесс выработки адаптаций у растений или птиц происходит медленно, в течение столетий.

Наблюдаемые изменения в поведении организмов обычно связаны со скрытыми признаками, которые были у них как бы «про запас», но под действием новых факторов проявились и повысили устойчивость видов. Такими скрытыми признаками объясняется устойчивость некоторых видов деревьев к действию промышленного загрязнения (тополь, лиственница, ива) и некоторых сорных видов к действию гербицидов.

В состав одной экологической группы часто входят организмы, которые не похожи друг на друга. Это связано с тем, что к одному и тому же фактору среды разные виды организмов могут адаптироваться по-разному.

Например, по-разному переживают холод теплокровные (их называют эндотермными , от греческих слов эндон – внутри и терме – тепло) и холоднокровные (эктотермные , от греческого эктос – снаружи) организмы. (Рис. 8.)

Температура тела эндотермных организмов не зависит от температуры окружающей среды и всегда более или менее постоянна, ее колебания не превышают 2–4 о даже при самых сильных морозах и самой сильной жаре. Эти животные (птицы и млекопитающие) поддерживают температуру тела внутренним теплообразованием на основе интенсивного обмена веществ. Тепло своего тела они сохраняют за счет теплых «шуб» из перьев, шерсти и др.

Физиологические и морфологические адаптации дополняются приспособительным поведением (выбор защищенных от ветра мест для ночлега, строительство нор и гнезд, групповые ночевки у грызунов, тесные группы пингвинов, согревающих друг друга, и т.д.). Если температура окружающей среды очень высокая, то эндотермные организмы охлаждаются за счет специальных приспособлений, например испарением влаги с поверхности слизистых оболочек ротовой полости и верхних дыхательных путей. (По этой причине в жару у собаки учащается дыхание и она высовывает язык.)

Температура тела и подвижность эктотермных животных зависит от температуры окружающей среды. Насекомые и ящерицы при прохладной погоде становятся вялыми, малоподвижными. Многие виды животных при этом обладают способностью к выбору места с благоприятными условиями температуры, влажности и освещения солнечным светом (ящерицы греются на освещенных плитах горных пород).

Впрочем, абсолютная эктотермность наблюдается только у очень маленьких организмов. Большинство холоднокровных организмов все-таки способно к слабой регуляции температуры тела. Например у активно летающих насекомых – бабочек, шмелей температура тела поддерживается на уровне 36–40 о С даже при температуре воздуха ниже 10 о С.

Аналогично различаются по своему облику виды одной экологической группы у растений. Они также могут приспосабливаться к одним и тем же условиям среды разными способами. Так, разные виды ксерофитов по-разному экономят воду: у одних – имеются толстые оболочки клеток, у других – опушение или восковой налет на листьях. Некоторые ксерофиты (например, из семейства губоцветные) выделяют пары эфирных масел, которые окутывают их как «одеялом», что снижает испарение. Корневая система у одни ксерофитов мощная, уходит в почву на глубину нескольких метров и достигает уровня грунтовых вод (верблюжья колючка), у других – поверхностная, но сильно разветвленная, что позволяет собирать воду осадков.

Среди ксерофитов есть кустарники с очень небольшими жесткими листьями, которые могут сбрасываться в самое сухое время года (карагана кустарниковая в степи, пустынные кустарники), дерновинные злаки с узкими листьями (ковыли, типчак), суккуленты (от латинского суккулентус – сочный). Суккуленты имеют сочные листья или стебли в которых накапливается запас воды, и легко переносят высокие температуры воздуха. К суккулентам относятся американские кактусы и растущий в среднеазиатских пустынях саксаул. Они обладают особым типом фотосинтеза: устьица открываются ненадолго и только в ночное время, в эти прохладные часы растения запасают углекислый газ, а днем используют его для фотосинтеза при закрытых устьицах. (Рис. 9.)

Разнообразие приспособлений к переживанию неблагоприятных условий на засоленных почвах наблюдается и у галофитов. Среди них есть растения, которые способны накапливать соли в своем теле (солерос, шведка, сарсазан), выделять избыток солей на поверхность листьев специальными железками (кермек, тамариксы), «не пускать» соли в свои ткани за счет непроницаемого для солей «корневого барьера» (полыни). В последнем случае растениям приходится довольствоваться малым количеством воды и они имеют облик ксерофитов.

По этой причине не следует удивляться тому, что в одних и тех же условиях встречаются непохожие друг на друга растения и животные, которые приспособились к этим условиям разыми способами.

Контрольные вопросы

1. Что такое адаптация?

2. За счет чего животные и растения могут приспосабливаться к неблагоприятным условиям среды?

2. Приведите примеры экологических групп растений и животных.

3. Расскажите о разных приспособлениях организмов к переживанию одних и тех же неблагоприятных условий среды.

4. В чем различие приспособлений к низким температурам у эндотермных и эктотермных животных?