Adaptacije (prilagođavanje) organizama uslovima sredine. Prilagođavanje organizma fizičkim, biološkim i društvenim faktorima

Termin adaptacija označava skup psihofizioloških reakcija koje osiguravaju prilagođavanje strukture i funkcija organizma ili organa promjenama. okruženje i na promjene koje se dešavaju unutar njega. Prilagodba na ukupnost samo prirodnih klimatskih uslova i biološke sredine naziva se aklimatizacija. U normalnoj situaciji, osoba najčešće doživljava uticaj čitave grupe promenjenih faktora odjednom.

Adaptaciju treba razlikovati od otpora. Odnosi se na otpornost organizma na vanjski faktori. Odrediti specifičan otpor, tj. otpornost u odnosu na određeni faktor, a nespecifična - shvatajući pod njim otpornost organizma na razni faktori.

Fiziološke adaptivne mogućnosti organizma nisu neograničene, iz tog razloga može doći do disadaptacije, što je narušavanje adaptivnih reakcija organizma, odnosno proces koji je suprotan adaptaciji. Disadaptacija nastaje kao rezultat utjecaja faktora na tijelo snagom koja kvantitativno premašuje psihofiziološke sposobnosti osobe. Desadaptacija postupno dovodi do disfunkcije - nemogućnosti tijela ili organa da u potpunosti obavljaju rad kao rezultat kršenja struktura odgovornih za adaptaciju. Ako prekomjerno, ograničavajuće izlaganje ne uzrokuje poremećaje u organima i sistemima, tada je moguća ponovna adaptacija, tj. vraćanje sistema uključenih u proces u prvobitni položaj nakon prestanka traumatskog faktora. Najvažnija karakteristika Readaptacija se sastoji u tome da u organizmu koji je više puta uzastopno doživio utjecaj povećanog opterećenja, ostaje memorija (trag) opterećenja, koja dugo vremena čuva adaptivne promjene koje se u njemu dešavaju.

Postoje genotipske i fenotipske adaptacije.

Genotipska adaptacija je kompleks morfoloških, fizioloških, biohemijskih i bihevioralnih karakteristika koje imaju za cilj održavanje relativne konstantnosti svojstava i sastava. unutrašnje okruženje, nazvana homeostaza, i omogućava organizmu da postoji u ovoj sredini. Ovaj kompleks karakteristika je genetski utisnut i naslijeđen.

Genotipska (evolucijska) adaptacija ljudskih populacija očituje se u pigmentaciji kože, prevladavajućem određenom tipu tijela, obliku i veličini glave kod različitih rasa i naroda. Na primjer, kada su se ljudi preselili iz središta porijekla na sjever, ljudi su se prilagodili nizak nivo ultraljubičasto zračenje. Svijetla koža bolje propušta ultraljubičaste zrake, stvaranje vitamina D je aktivnije u dubokim slojevima kože, što je omogućilo starim ljudima da se prilagode uvjetima na sjeveru, gdje je malo ultraljubičastog zračenja.

Fenotipska adaptacija se stječe tijekom individualnog života čovjeka i životinje. Njegova platforma je kompleks specifičnih nasljednih osobina. Nastaje u procesu ljudske interakcije sa okolinom i često je obezbeđen dubokim strukturnim promenama u telu. Promjene stečene tokom života nisu genetski fiksirane i stoga nisu naslijeđene. Oni se naslanjaju na postojeće nasljedne osobine i svojstva i zajedno s njima stvaraju njegov individualni izgled - fenotip.

Kao rezultat fenotipske adaptacije, organizam stiče otpornost prema određenom faktoru sredine koja je ranije bila odsutna. Posledica ovog individualnog procesa je sposobnost da se živi u uslovima koji su ranije bili nespojivi sa životom, da se rešavaju problemi koji su prethodno bili nerešivi za telo. Raspon zadataka kreće se od sposobnosti izbjegavanja grabežljivca uz pomoć pasivnog odbrambenog refleksa do sposobnosti stvaranja takvih uslova za dug svemirski let koji ne utiču štetno na cjelokupni kasniji život astronaut.

Dakle, genetski program ne predviđa specifičnu dugoročnu adaptaciju, već samo mogućnost njegovog formiranja pod uticajem okoline. Time se osigurava provedba samo vitalno potrebnih adaptivnih reakcija, a kako se adaptacija razvija, vrši se ekonomična potrošnja energije i strukturnih resursa tijela, usmjerena specifičnom okolinom.

Klasifikacija faktora sredine. Čitav niz faktora koji utječu na čovjeka podijeljen je u dvije grupe: abiotičke i biotičke. To abiotički faktori uključiti sve što se događa u nežive prirode: temperatura, vlažnost, hemijski sastav vazduh i voda i drugo. Biotički faktori uključuju utjecaj na čovjeka svih živih bića – patogena, biljne i životinjske hrane.

Faktori okoline uvijek nailaze na reakciju organizma: hrana je izložena probavnim sokovima, imunološki sistem djeluje protiv patogena, a kada se temperatura zraka promijeni, aktiviraju se termoregulacijske reakcije. Istovremeno, osoba je u stanju da svjesno mijenja određene fizičko-hemijske elemente okoline u skladu sa fiziološkom potrebom. To se posebno odnosi na vještačke sisteme u kojima kosmonauti borave u dugotrajnim svemirskim letovima i posade nuklearnih podmornica u autonomnoj plovidbi.

Kvalitativna specifičnost faktora određena je njegovom selektivnošću u odnosu na uticaj na određene procese u organizmu. Zavisi od njegove fizičke i hemijske prirode. Uz to, priroda utjecaja i reakcija ljudskog tijela na njega uvelike je određena intenzitetom faktora, njegovom "dozom".

Specifični adaptivni mehanizmi svojstveni osobi daju mu priliku da izdrži određeni raspon odstupanja faktora od optimalnih vrijednosti bez narušavanja normalnih funkcija tijela. Zone kvantitativne ekspresije faktora koji odstupa od optimalnog, ali ne remeti život, definišu se kao normalna zona. Postoje dvije takve zone, koje odgovaraju odstupanju od optimalnog prema nedostatku doze faktora i prema njegovom višku. Uz ekstremni nedostatak ili višak faktora koji dovodi do patoloških promjena u tijelu, razlikuju se pesimalne zone, odnosno zone koje uzrokuju štetu. Konačno, izvan ovih zona, količina faktora postaje toliko mala ili velika da je potpuno iskorištavanje svih genotipskih i fenotipskih mogućnosti organizma nedjelotvorno.

Prilagodba na bilo koji faktor zahtijeva utrošak energije iznad određenog prosječnog nivoa. U optimalnoj zoni nisu uključeni adaptivni mehanizmi, a energija se troši samo na osnovne životne procese, prvenstveno na sisteme za održavanje života. Kada vrijednost faktora pređe optimalnu, počinju se formirati ili uključivati ​​adaptivni mehanizmi, koji zahtijevaju više troškova energije, što faktor više odstupa od optimalne vrijednosti. Povreda energetskog balansa tijela, zajedno sa štetnim djelovanjem nedostatka ili viška faktora, ograničava raspon promjena koje osoba toleriše.

Ako vanjski uvjeti dovoljno dugo ostaju na manje-više konstantnom nivou, ili se mijenjaju u određenom rasponu oko neke prosječne vrijednosti, tada se vitalna aktivnost organizma stabilizuje na nivou koji je prilagodljiv u odnosu na ovo prosječno, tipično stanje. životne sredine.

Ukupna količina različitih efekata na ljudski i životinjski organizam obično se deli u dve kategorije. Ekstremni faktori su nekompatibilni sa životom, prilagođavanje na njih je nemoguće. U uslovima ekstremnih faktora život je moguć samo ako postoji specijalnim sredstvima održavanje života. Na primjer, let u svemir moguć je samo u posebnim letjelicama, u kojima se održava potreban pritisak, temperatura itd. Osoba se ne može prilagoditi uslovima prostora.

Subekstremni faktori - život pod uticajem ovih faktora moguć je zbog restrukturiranja fiziološki adaptivnih mehanizama koje ima samo telo. Uz preveliku snagu i trajanje stimulusa, subekstremalni faktor može prerasti u ekstremni.

Faze adaptacije. Većina adaptivnih reakcija ljudskog tijela odvija se u dvije faze: početna - hitna, ali ne uvijek savršena adaptacija i naknadna - savršena, dugotrajna adaptacija.

Urgentni stadijum adaptacije nastaje odmah nakon početka dejstva stimulusa na organizam i može se realizovati samo na osnovu prethodno formiranih fizioloških mehanizama. Primjeri manifestacija hitne adaptacije su: pasivno povećanje proizvodnje topline kao odgovor na hladnoću, povećanje prijenosa topline kao odgovor na višak topline, povećanje plućne ventilacije i minutni volumen cirkulacije krvi kao odgovor na nedostatak kisika. U ovoj fazi adaptacije, funkcioniranje organa i sistema odvija se na granici fizioloških mogućnosti tijela, uz gotovo potpunu mobilizaciju svih rezervi, ali ne pruža optimalan adaptivni učinak. Tako se, na primjer, trčanje neobučene osobe događa pri blizu maksimalnih vrijednosti minutnog volumena srca i plućne ventilacije, uz maksimalnu konverziju rezerve glikogena u glukozu u jetri. Dakle, adaptacija se dešava bez pripreme, ali se ispostavi da je nesavršena.

Dugotrajna adaptacija na stresor nastaje postepeno, kao rezultat dugotrajnog, trajnog ili opetovanog djelovanja ovog faktora na organizam. Glavni uslovi za dugoročnu adaptaciju su konzistentnost i kontinuitet uticaja ekstremnog faktora. Pored kvalitativnog kriterijuma faktora sredine, od velikog značaja je i način uticaja faktora na organizam.

Prelazak urgentnog stadijuma adaptacije, koji je u velikoj meri nesavršen sa stanovišta rasipnog trošenja energetskih i plastičnih resursa organizma, u savršenu, dugotrajnu fazu, odvija se postepeno. Ova tranzicija osigurava mogućnost trajnog života osobe u novim uvjetima, proširuje sfere njegovog stanovanja, uklanja ograničenja slobode ponašanja u okruženju koje se biološki i socijalno promijenilo.

Reakcija tijela se značajno povećava ako faktor djeluje diskretno, u određenim intervalima. To je adaptacija na dotad nedostižan intenzivan fizički rad, razvoj otpornosti na značajnu visinsku hipoksiju, koja je ranije bila nespojiva sa životom, razvoj otpornosti na hladnoću, vrućinu i velike doze otrova.

Razvoj adaptacije odvija se kroz niz faza.

1. Početna faza adaptacije- razvija se na samom početku djelovanja kako fizioloških tako i patogenih faktora. Prije svega, pod djelovanjem bilo kojeg faktora dolazi do orijentacijskog refleksa, koji je praćen inhibicijom mnogih vrsta aktivnosti koje su se do sada manifestirale. Nakon inhibicije, uočava se reakcija ekscitacije. Ekscitacija CNS-a praćena povećanom funkcijom endokrini sistem posebno medule nadbubrežne žlijezde. Istovremeno se poboljšavaju funkcije cirkulacije krvi, disanja i kataboličkih reakcija. Međutim, svi procesi se u ovoj fazi odvijaju nekoordinirano, nedovoljno sinhronizovano, neekonomično i karakteriše ih hitnost reakcija. Što su faktori jači na organizam, to je ova faza adaptacije izraženija. Karakteristika početne faze je emocionalna komponenta, a snaga emocionalne komponente zavisi od „pokretanja“ vegetativnih mehanizama koji su ispred somatskih.

2. Faza - prelazna od početne do održive adaptacije. Karakterizira ga smanjenje ekscitabilnosti centralnog nervnog sistema, smanjenje intenziteta hormonalnih promjena i gašenje brojnih organa i sistema koji su prvobitno bili uključeni u reakciju. Tokom ove faze, adaptivni mehanizmi tijela, takoreći, postepeno prelaze na dublji, tkivni nivo. Ova faza i procesi koji je prate relativno su malo proučavani.

3. Faza održive adaptacije. To je zapravo adaptacija - adaptacija i karakteriše je novi nivo aktivnosti tkiva, membrane, ćelijskih elemenata, organa i sistema tela, ponovo izgrađenih pod okriljem pomoćnih sistema. Ove smene obezbeđuju novi nivo homeostaza, adekvatan organizam i na druge štetne faktore - razvija se tzv. unakrsna adaptacija. Prebacivanje reaktivnosti organizma na novi nivo funkcionisanja ne daje se organizmu „džabe“, već se odvija pod naponom kontrolnog i drugih sistema. Ova napetost se naziva cijenom adaptacije. Svaka aktivnost prilagođenog organizma košta je mnogo više nego u normalnim uslovima. Na primjer, tokom fizičke aktivnosti na planinama potrebno je 25% više energije.

Budući da je faza stabilne adaptacije povezana sa stalnom napetošću fizioloških mehanizama, funkcionalne rezerve u mnogim slučajevima mogu biti iscrpljene, hormonski mehanizmi su najiscrpljenija karika.

Zbog iscrpljivanja fizioloških rezervi i poremećaja interakcije neurohormonskih i metaboličkih mehanizama adaptacije nastaje stanje tzv. neprilagođenost. Fazu disadaptacije karakterišu isti pomaci koji se uočavaju u početnoj fazi adaptacije - pomoćni sistemi ponovo dolaze u stanje pojačane aktivnosti - disanje i cirkulacija krvi, energija u organizmu se neekonomično troši. Najčešće do disadaptacije dolazi u slučajevima kada je funkcionalna aktivnost u novim uslovima prekomerna ili je pojačan efekat adaptogenih faktora, koji su blizu ekstremne jačine.

U slučaju prestanka faktora koji je izazvao proces adaptacije, tijelo postepeno počinje gubiti stečene adaptacije. Uz ponovljeno izlaganje subekstremnom faktoru, sposobnost tijela da se prilagodi može se povećati, a adaptivne promjene mogu biti savršenije. Dakle, možemo reći da adaptivni mehanizmi imaju sposobnost treniranja, te je stoga povremeno djelovanje adaptogenih faktora povoljnije i određuje najstabilniju adaptaciju.

Strukturni otisak sistema. Nagla promjena uslova spoljašnje okruženje, koji predstavlja prijetnju tijelu, pokreće složenu adaptivnu reakciju. U ovom adaptivnom restrukturiranju, glavna stvar je povećati metabolizam najvažnijih bioloških makromolekula- RNK i proteini. Mehanizam adaptacije leži u činjenici da kada se prijetnja kršenja homeostaze ponovi, funkcije tijela će se odvijati već u pozadini izmijenjenog - prilagođenog stresu - metabolizma staničnih struktura. Budući da ponovljeno izlaganje faktoru stresa dovodi do adaptacije, promjene u metabolizmu RNK i proteina su biološki svrsishodne i doprinose efikasnijem razvoju fizioloških adaptacija.

Mogućnost i kvalitet prelaska sa hitne adaptacije na garantovanu dugoročnu adaptaciju determinisani su pouzdanošću fiksiranja adaptivnih promena i koliko je snaga aktuatora bliska nivou koji odgovara novim uslovima sredine. Ovdje je centralna poenta da narušavanje funkcija organa i sistema pod utjecajem ekstremnih faktora na ljudsko tijelo povlači za sobom aktivaciju genetskog aparata ćelije, povećanje sinteze nukleinskih kiselina i određenih funkcionalno potrebnih proteina. u ćelijama ovih organa i sistema. To dovodi do formiranja adaptivnih fizioloških i morfoloških promjena koje povećavaju sposobnosti sistema odgovornih za prelazak sa hitne na dugotrajnu adaptaciju.

U procesu adaptacije, svi organi koji su uključeni u njega, mijenjajući se kvantitativno i kvalitativno, formiraju funkcionalni sistem odgovoran za adaptaciju. Strukturne promene koje se razvijaju u funkcionalnom sistemu predstavljaju sistemski strukturni trag koji nastaje tokom prelaska hitne, ali nepouzdane adaptacije u dugoročnu. Sistemski strukturni trag čini opšti temelj različitih dugotrajnih adaptacija organizma. U središtu prilagođavanja specifičnim faktorima okoline su strukturni tragovi različite lokalizacije i arhitekture koji zadovoljavaju zahtjeve okoline. Stoga se povećanje funkcionalne snage ćelije, tkiva i organa postiže povećanjem relativne mase funkcionalnih mikrostruktura i enzimske snage biohemijskih reakcija.

Formiranje strukturnog traga tokom adaptacije na hemijske faktore je od izuzetnog značaja. Kao što je poznato, zaštita tijela od kemijskih stresora provodi se uz pomoć reakcija slobodne oksidacije. Kao rezultat toga, prirodni ili neprirodni supstrati - ksenobiotici - podliježu djelomičnom ili potpunom uništenju posebnim oksidacijskim sistemom. Glavna uloga u tome pripada posebnoj tvari - citokromu P-450. Hronični unos ovakvih supstanci uvelike povećava snagu detoksikacione oksidacije uz pomoć sistema citokroma P-450. Kao rezultat formiranja ovog strukturnog traga, značajno se povećava otpor ljudskog organizma na brojne tablete za spavanje i sedativa, alkohol, nikotin i mnoge druge ksenobiotike.

Stopa adaptivnog odgovora i cijena adaptacije. Stopa adaptivnog odgovora je granica promjene sistema pod utjecajem faktora okoline koji na njega djeluju, pod kojima se ne narušavaju strukturne i funkcionalne veze sa okolinom. Ako utjecaj okolišnih faktora na organizam kvantitativno premašuje nivo adaptacijske norme organizma, onda on gubi sposobnost daljeg prilagođavanja okolini, jer je iscrpljena mogućnost restrukturiranja strukturnih veza sistema. U ovom slučaju, sistem je neispravan.

Proces individualne adaptacije osigurava se formiranjem niza promjena u tijelu, često u prirodi prepatoloških ili čak patoloških reakcija. Ove promene, kao rezultat opšteg stresa ili napetosti pojedinih fizioloških sistema, predstavljaju svojevrsnu „cenu adaptacije“. Cijena adaptacije su predpatološke ili patološke promjene u tijelu uzrokovane povećanjem njegove specifične otpornosti na djelovanje faktora stresa. Patološke promjene u organizmu mogu se pojaviti kada se osoba prilagodi faktorima okoline u visokim geografskim širinama, visokim planinama, vrućoj klimi i drugim uslovima.

Kompleksne i unakrsne adaptacije. AT vivo stanište, ljudsko tijelo je uvijek pod uticajem složenog skupa faktora, od kojih je svaki izražen u različitom stepenu u odnosu na svoju optimalnu vrijednost. U prirodi je kombinacija svih faktora u njihovim optimalnim vrijednostima gotovo nemoguća pojava.

Kod kompleksnog uticaja uspostavljaju se posebni odnosi između pojedinačnih faktora, u kojima se delovanjem jednog faktora u izvesnoj meri menja – jača ili slabi priroda uticaja drugog. Kombinacija uticaja različitih faktora na organizam naziva se unakrsna ili unakrsna adaptacija. Tipičan primjer takvih situacija mogu biti slučajevi kada adaptacija na jedan faktor ima pozitivan učinak na otpor prema drugom. Na primjer, trening za mišićna opterećenja uzrokuje otpornost na hipoksiju, toplinu, ali smanjuje otpornost na hladnoću, i obrnuto, trening za hipoksiju stvara povećanu otpornost na velika opterećenja mišića, ali smanjuje otpornost na hladnoću. Proces dehidracije organizma (dehidracija) dovodi do smanjenja otpornosti na toplinu. Prilagodba na hladnoću smanjuje otpornost na hipoksiju, opterećenje mišića i toplinu. Termička adaptacija, zauzvrat, povećava otpornost na hipoksiju, rad mišića, a dehidracija povećava otpornost na hipoksiju.

Ljudska klimatska adaptacija. Klimatski uslovi na kugli zemaljskoj izuzetno su raznoliki, a samo zbog prisustva određenih adaptacija u čovjeku on je sposoban egzistirati u širem spektru uslova sredine od svih ostalih vrsta velikih sisara.

Na primjer, sistem termoregulacije u uslovima ekstremne vrućine ili hladnoće efikasno održava temperaturu unutrašnje površine tijela u relativno uskim granicama. U uslovima života na velike visine respiratorni sistem održava u stabilnim granicama pritisak kiseonika i ugljen-dioksida u tečnostima i tkivima tela. Primarnu fiziološku ulogu među svim faktorima imaju oni koji imaju direktnog uticaja na intenzitet razmene toplote između površine tela i okoline.

Prilagodljive adaptacije ljudskog tijela na temperaturu okoline su tri tipa:

1. Opće fiziološke adaptacije koje obezbjeđuje rad termoregulacije i cirkulatornog sistema. Oni stvaraju priliku za život i rad u najrazličitijim uslovima. temperaturno okruženje. Takve adaptacije mogu biti i kratkoročne i dugoročne.

2. Specijalizovani fiziološki i anatomski adaptivni odgovori, koji se zasnivaju na karakteristikama genotipa.

3. Kulturne i društvene adaptacije povezane sa obezbjeđivanjem smještaja, odjeće, topline i ventilacionog sistema.

Učinkovito prilagođavanje ljudskog tijela klimi pruža stanje udobnosti, stvara mogućnost obavljanja fizičkog rada bez povećanog umora, predodređuje performanse razne vrste Vješt rad koji zahtijeva pažnju i vještinu, uz minimum grešaka, obezbjeđuje normalne uslove za rast i razvoj.

Visoka sposobnost čovjeka da se prilagodi klimi vidi se na primjeru ekstremnih, najtežih uslova sredine. Na primjer, u Verkhoyansku (Republika Saha - Jakutija), koji se nalazi u blizini Arktičkog kruga, prosječna temperatura najhladniji mjesec januar je 35°S ispod godišnjeg prosjeka (-18°S). U oazi In Salah u alžirskoj Sahari, najtopliji mjesec, jul, dostiže 38°C, odnosno 12°C iznad prosječne godišnje temperature. Uprkos tako oštrim promjenama vanjske temperature u različitim područjima, ljudske zajednice u njima uspješno opstaju. Istovremeno, unutrašnja temperatura tijela na hladnoći i na vrućini se mijenja u relativno malim granicama, a dnevne fluktuacije temperature unutrašnjih dijelova tijela ne prelaze 2°C.

Čovjek u vrućoj klimi. Topli i vlažni pojas se prostire na 10° južne i sjeverne geografske širine i predstavlja vlažnu sredinu sa maksimalnim temperaturama koje variraju tokom cijele godine u uskom rasponu od +24 do +28°C; po noći relativna vlažnost u ovim oblastima se približava 100%.

U pustinjama se kombinuje dejstvo na telo visoke temperature, ultraljubičastog i toplotnog zračenja, ekstremne suvoće vazduha, a njima se dodaje vetar sa prašinom. Unos topline u ljudsko tijelo u pustinji jednostavno pod utjecajem vrućeg zraka i toplinskog zračenja zagrijanog kamenja i pijeska može premašiti proizvodnju topline tijela za 3,5 puta. Može postojati samo jedna fiziološka zaštita od visoke temperature - povećanje prijenosa topline. U ovom slučaju, toplinsko opterećenje za odeven čovek u pustinji na suncu 2,4 puta više nego u vlažnim tropima.

Vanzemaljska populacija u pustinji. Kod osobe u mirovanju, visoko termalno opterećenje za 30 minuta uzrokuje porast temperature kože do 40°C, a rektalne temperature na 39°C. Stoga, normalno, trenutni fiziološki odgovor na pregrijavanje je povećanje prijenosa topline iz tijela. Pod uticajem atmosferske toplote dolazi do iritacije temperaturnih receptora kože, koji zajedno sa porastom temperature cirkulišuće ​​krvi aktiviraju centre termoregulacije u hipotalamusu. Kao rezultat toga dolazi do pasivnog i aktivnog širenja krvnih žila u koži - vazodilatacije, a protok krvi u koži se povećava na 8 l/min u odnosu na 0,5 l/min u termoneutralnom rasponu.

U slučaju insuficijencije ovih procesa za održavanje toplotne ravnoteže, temperatura tijela raste i počinje pojačano znojenje. Intenzitet prenosa toplote prilikom isparavanja znoja zavisi od razlike u pritisku vodene pare na površini kože i pritiska vazduha, od veličine navlažene površine i od brzine kretanja vazduha. Povećanje temperature kože povećava pritisak vodene pare na njenu površinu. Prijenos topline zbog latentne topline isparavanja može se uvelike povećati zbog povećanja broja funkcionalnih znojnih žlijezda i progresivnog povećanja aktivnosti svake žlijezde. Maksimalni mogući gubitak vode dostiže približno 1 litar na 1 sat, što je ekvivalentno oslobađanju 2500 kJ toplote na 1 sat. Ukupan broj znojnih žlezda u različiti ljudi nejednako, ali nema značajnih razlika između različitih rasnih grupa. Broj znojnih žlijezda u istim područjima površine tijela kod predstavnika različite grupe približno isto.

Uz stalnu ili ponovljenu izloženost toplotnom stresu, dolazi do poboljšanja adaptacije organizma na njega. Posebno se značajno poboljšava sposobnost obavljanja fizičkog rada. Glavni razlog za poboljšanje regulacionog sistema je to što znojne žlezde postaju osetljivije na toplotnu stimulaciju. To se očituje u ubrzanju i intenziviranju znojenja. Zbog toga se područje iz kojeg dolazi do isparavanja vlaži mnogo brže i ravnomjernije, a prijenos topline uslijed isparavanja se povećava, što minimizira povećanje tjelesne temperature i akumulaciju topline.

Aboridžinsko stanovništvo tropskih krajeva i pustinja. Povećana otpornost autohtonog stanovništva tropskih krajeva na djelovanje vlažne i suhe topline na tijelo objašnjava se morfofunkcionalnim osobinama koje su populacije stekle tokom dugog postojanja u tropima, izraženim u formiranju "tropskog" adaptivnog tipa osobe. . Adaptivni tip se podrazumijeva kao norma biološke reakcije na skup okolišnih uvjeta koji osigurava stanje ravnoteže populacije sa ovom okolinom i ima eksterni izraz u morfološkim i funkcionalnim karakteristikama populacije.

U poređenju sa stanovnicima umjerena zona, karakterizira se aboridžinska populacija tropskih širina

Smanjena tjelesna gustina, smanjena težina, povećana dužina udova i trupa, mala težina masnog nabora.

· povećan odnos površine tijela prema težini, što povećava površinu tijela koja isparava i doprinosi boljem odvođenju topline iz tijela.

velika širina nosa, usne pukotine i površine usana, što povećava površinu sluznice, povećava povrat vlage i bolje hladi udahnuti zrak.

· uska i duga glava (tipično za negroide), koja se zagreva sporije od ravne i široke glave.

kovrdžava kosa (u crnoj boji), koja usporava cirkulaciju zraka, što naglo smanjuje toplinsku provodljivost kape za kosu, sprječavajući zagrijavanje vlasišta.

· više od Evropljana, razlika između temperature „jezgra“ i „ljuske“ tela, šaka i stopala, što doprinosi boljem odvođenju toplote iz tela.

10-12% niža bazalna stopa metabolizma nego kod stanovnika umjerena klima. Istovremeno, njegovo smanjenje je direktno proporcionalno vrijednosti prosječne godišnje temperature stanište.

Čovek u visokim geografskim širinama. Izraz "visoke geografske širine" odnosi se na teritorije koje leže iznad 66°33" sjeverne i južne geografske širine. Među faktorima koji negativno utječu na ljudski organizam u visokim geografskim širinama, postoje oni od kojih se može zaštititi. To su, prije svega, niske temperature. Od drugih se praktično nemoguće odbraniti. To uključuje specifične fluktuacije atmosferskog pritiska i posebne ritmove svetlosti i sezonske režime svojstvene regionima visokih geografskih širina, koje karakteriše kontinuirana sunčeva svetlost tokom polarnog dana i njeno dugo odsustvo tokom polarnog noću.To uzrokuje naprezanje fizioloških i metaboličkih procesa kod migranata iz srednjih geografskih širina zbog negativnog utjecaja na dnevni ritam organizam.

Adaptacija novopridošlog stanovništva. Ljudska adaptacija na ekstremnim uslovima visoke geografske širine osigurava restrukturiranje metabolizma, napetost neuroendokrinih mehanizama regulacije. Opšti obrazac se očituje u činjenici da se u stranoj populaciji adaptacija odvija u fazama:

· Početni period adaptacije na teške uslove krajnjeg sjevera traje u prosjeku do šest mjeseci i karakterizira ga neusklađenost mnogih fizioloških funkcija.

· u drugom periodu, koji traje oko 2-3 godine, u uslovima fiziološkog odmora i umerenog fizičkog i psihoemocionalnog stresa, dolazi do normalizacije i sinhronizacije mehanizama odgovornih za konstantnost sastava i svojstava unutrašnje sredine.

· u trećem periodu, u narednih 10–15 godina, stanje organizma se relativno stabilizuje. Unatoč stabilizaciji, za održavanje odgovarajućeg nivoa vitalne aktivnosti i dalje je potrebna stalna napetost neuroendokrinih regulatornih mehanizama. Ova napetost se manifestuje povećanjem intenziteta metaboličkih procesa u mirovanju, a ne samo u toku rada, što kod nekih pojedinaca može dovesti do iscrpljivanja rezervnih mogućnosti organizma.

Najmoćniji faktor u uslovima visokih geografskih širina je nesumnjivo hladnoća. Za svaku osobu – migranta i domorodca – odgovori na direktno hlađenje sa stanovišta održavanja temperaturne homeostaze su isti i svode se na smanjenje prijenosa topline i povećanje proizvodnje topline. Migranti koji dolaze na visoke geografske širine postepeno se aklimatizuju na hladnoću. Na to ukazuje povećanje bazalnog metabolizma, posebno zimi, i poboljšanje toplinskoizolacijskih svojstava površine zbog smanjenja opskrbe krvlju ljuske tijela.

Prilagodljivi odgovori kardiovaskularnog sistema na ekstremne faktore krajnjeg sjevera su raznoliki:

3-6 godina nakon dolaska na sjever, otkucaji srca se postupno usporavaju, smanjuju se sistolički i minutni volumeni cirkulacije, ali arterijski tlak i periferni vaskularni otpor ostaju povećani.

Kao rezultat života od 10 i više godina, uspostavlja se trajno smanjenje broja otkucaja srca (bradikardija), smanjuju se sistolni i minutni volumeni cirkulacije, povećavaju se krvni tlak i periferni vaskularni otpor. Tokom ovog perioda aklimatizacije, manifestacija hipertenzije se povećava. Štoviše, karakterizira ga teži tok nego u srednjim geografskim širinama.

Teški uslovi na sjeveru, općenito, ostavljaju negativan otisak na funkcije tijela - kao rezultat toga, pogoršava se zdravlje migranata, a posebno su oslabljene zaštitne sposobnosti imunološkog sistema.

Aboridžinsko stanovništvo. Hladni stres u konačnici je odredio karakteristike tjelesne građe i fiziološke funkcije tijela autohtonog stanovništva Arktika, koje su evolucijski fiksirane u obliku "arktičkog adaptivnog tipa". Karakteriše ga povećanje proizvodnje toplote i promene u sistemu prenosa toplote, koji na ćelijskom nivou i na nivou organskih sistema efikasno obezbeđuju temperaturnu homeostazu kod starosedelaca visokih geografskih širina. Morfološke karakteristike osiguravanja temperaturne homeostaze aboridžinskog stanovništva uključuju:

· zdepastog tijela masivnog mišićavog tipa sa blago izmijenjenim proporcijama u smjeru skraćivanja udova relativno velikog cilindričnog torza. To zajedno smanjuje specifičnu površinu tijela u odnosu na njegovu masu, čime se smanjuje intenzitet gubitka topline.

izraženiji nego kod stalnih stanovnika regiona sa relativno topla klima, mogućnost preraspodjele krvotoka između površinskih i dubokih krvnih sudova tijela, posebno udova.Ova karakteristika ograničava gubitak topline kroz kožu i pomaže u održavanju konstantne temperature "jezgra" tijela.

specifičnosti mekih tkiva lica: zaobljeno ovalno lice, spljošten, širok nos, uski dio palpebralnih pukotina. Ravni kutnjaci lobanje osiguravaju stvaranje masnih jastučića koji štite toplinu na njima i imaju veći stepen keratinizacije epiderme kože. Sve ovo omekšava direktan efekat hladnoće na otvorenoj prednjoj površini.

Autohtoni stanovnici visokih geografskih širina imaju određene funkcionalne karakteristike osiguravanja temperaturne homeostaze:

Smanjena osjetljivost receptora za hladnoću.

· Temperatura kože je uvijek viša, čak i u poređenju sa dugotrajnim migrantima koji žive u visokim geografskim širinama. To je zbog činjenice da se na hladnoći kožne žile povremeno šire i pojačani protok krvi zagrijava kožu, štiteći je od promrzlina.

· Smanjeno lučenje antidiuretičkog hormona, koji smanjuje sadržaj vode u tkivima ljuske tijela. Zbog toga imaju smanjenu toplotnu provodljivost, doprinoseći zadržavanju toplote u telu.

· BMR povećan za 13-30% u odnosu na standardne norme umjerene zone.

· Povećani rezidualni volumen pluća, koja su proširena, što poboljšava difuzioni kapacitet alveola. Ventilacija je ravnomjerno raspoređena na srednju i gornju zonu, gdje povećan volumen "mrtvog prostora" disajnih puteva poboljšava toplinsku obradu ulaznog zraka. Bronhijalno drvo kod stanovnika visokih geografskih širina funkcioniše kao efikasan protivstrujni izmenjivač toplote za udahnuti i izdahnuti vazduh.

Koeficijent iskorišćenja kiseonika u plućima domorodaca visokih geografskih širina veći je u poređenju sa pridošlicama. Ovo, kao i povećanje mase desne komore, proširenje lumena i hipertrofične promjene na zidovima plućnih žila, ukazuju na to da plućna cirkulacija doživljava značajan stres u snabdijevanju tijela autohtonih stanovnika sjevera. sa potrebnom količinom kiseonika. Prijevoz i korištenje kisika u tijelu sjevernjaka se povećava zbog povećanja broja kapilara u mozgu, miokardu, jetri i skeletnim mišićima.

Međutim, adaptivna adaptacija Aboridžina na život u visokim geografskim širinama ima visoku cijenu. To se očituje u višegodišnjem kašnjenju u pubertetu, visokoj incidenci primarne neplodnosti kod mladih žena i prijevremenih porođaja, povećanju učestalosti patologije gastrointestinalnog trakta i plućnih bolesti. Smanjuje se funkcionalna i imunološka reaktivnost djetetovog organizma.

Udžbenik je usklađen sa Federalnim državnim obrazovnim standardom za srednje (potpuno) opšte obrazovanje, preporučuje ga Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije i uključen je u Saveznu listu udžbenika.

Udžbenik je namijenjen učenicima 11. razreda i namijenjen je za nastavu predmeta 1 ili 2 sata sedmično.

Moderan dizajn, pitanja i zadaci na više nivoa, dodatne informacije i mogućnost paralelnog rada sa elektronskom aplikacijom doprinose efikasnoj asimilaciji nastavnog materijala.

Rice. 33. Zimsko bojanje zeca

Dakle, kao rezultat akcije pokretačke snage evolucija u organizmima, prilagođavanja na uslove sredine nastaju i poboljšavaju se. Fiksacija u izoliranim populacijama različitih adaptacija može na kraju dovesti do stvaranja novih vrsta.

Pregledajte pitanja i zadatke

1. Navedite primjere prilagodljivosti organizama uslovima postojanja.

2. Zašto neke životinje imaju jarku, demaskirajuću boju, dok su druge, naprotiv, pokroviteljske?

3. Šta je suština mimikrije?

4. Proširuje li se djelovanje prirodne selekcije na ponašanje životinja? Navedite primjere.

5. Koji su biološki mehanizmi za nastanak adaptivne (prikrivajuće i upozoravajuće) obojenosti kod životinja?

6. Da li su fiziološke adaptacije faktori koji određuju nivo kondicije organizma u cjelini?

7. Šta je suština relativnosti svake adaptacije na uslove života? Navedite primjere.

Razmisli! Izvrši!

1. Zašto ne postoji apsolutna adaptacija na uslove života? Navedite primjere koji dokazuju relativnu prirodu bilo kojeg uređaja.

2. Mladunci vepra imaju karakterističnu prugastu boju koja nestaje s godinama. Olovo slični primjeri promjene boje kod odraslih u odnosu na potomstvo. Može li se ovaj obrazac smatrati zajedničkim za cijeli životinjski svijet? Ako nije, za koje životinje i zašto je tipično?

3. Prikupite informacije o upozoravajućim bojama životinja u vašem području. Objasnite zašto je poznavanje ovog materijala važno za sve. Uradi informativni štand o ovim životinjama. Održite prezentaciju na ovu temu pred učenicima osnovne škole.

Rad sa računarom

Pogledajte elektronsku aplikaciju. Proučite gradivo i završite zadatke.

Čovjek

Adaptacije ponašanja su urođeno ponašanje bezuslovnog refleksa. Urođene sposobnosti postoje kod svih životinja, uključujući i ljude. Novorođenče može sisati, gutati i variti hranu, treptati i kijati, reagirati na svjetlo, zvuk i bol. Ovo su primjeri bezuslovnih refleksa. Takvi oblici ponašanja nastali su u procesu evolucije kao rezultat prilagođavanja određenim, relativno konstantnim uvjetima okoline. Bezuslovni refleksi se nasljeđuju, pa se sve životinje rađaju sa gotovim kompleksom takvih refleksa.

Svaki bezuslovni refleks javlja se na strogo definirani podražaj (pojačanje): jedni - na hranu, drugi - na bol, treći - na izgled nove informacije itd. Refleksni lukovi bezuslovnih refleksa su konstantni i prolaze kroz kičmenu moždinu ili moždano deblo.

Jedna od najpotpunijih klasifikacija bezuslovnih refleksa je klasifikacija koju je predložio akademik P. V. Simonov. Naučnik je predložio da se svi bezuvjetni refleksi podijele u tri grupe, koje se razlikuju po karakteristikama interakcije pojedinaca jedni s drugima i sa okolinom. Vitalni refleksi(od lat. vita - život) imaju za cilj očuvanje života pojedinca. Nepoštivanje istih dovodi do smrti jedinke, a implementacija ne zahtijeva učešće druge jedinke iste vrste. U ovu grupu spadaju refleksi hrane i pića, homeostatski refleksi (održavanje stalne tjelesne temperature, optimalna brzina disanja, otkucaja srca itd.), defanzivni, koji se pak dijele na pasivno-odbrambene (bježanje, skrivanje) i aktivno odbrambene (napad na prijeteći objekt) i neke druge.

To zoosocijalni, ili igranje uloga refleksi uključuju one varijante urođenog ponašanja koje nastaju u interakciji s drugim jedinkama njihove vrste. To su seksualni, roditelj-dijete, teritorijalni, hijerarhijski refleksi.

Treća grupa je refleksi samorazvoja. Oni nisu povezani sa prilagođavanjem na određenu situaciju, već su, takoreći, okrenuti budućnosti. Među njima su istraživačko, imitativno i igrivo ponašanje.

Adaptacije organizama na njihovu okolinu nazivaju se adaptacije. Adaptacije su sve promjene u strukturi i funkcijama organizama koje povećavaju njihove šanse za preživljavanje.

Poznata su dva tipa adaptacije: genotipska i fenotipska.

Prema definiciji Velike medicinske enciklopedije (BME): "... genotipska adaptacija nastaje kao rezultat selekcije ćelija sa određenim genotipom koji određuje izdržljivost." Ova definicija nije savršena, jer ne odražava kojoj vrsti izdržljivosti opterećenja pripada, jer u većini slučajeva, stječući neke prednosti, živi organizmi gube druge. Ako, na primjer, biljka dobro podnosi vruću, sušnu klimu, onda najvjerovatnije neće dobro podnijeti hladnu i vlažnu klimu.

Što se tiče fenotipske adaptacije, trenutno ne postoji stroga definicija ovog pojma.

Prema definiciji BME, "... fenotipska adaptacija se javlja kao zaštitna reakcija na djelovanje štetnog faktora."

Po definiciji, F.Z. Meyerson "Fenotipska adaptacija je proces koji se razvija u toku života pojedinca, zbog čega organizam stječe ranije odsutan otpor prema određenom faktoru okoline i na taj način dobiva mogućnost da živi u uvjetima koji su ranije bili nespojivi sa životom. .".

Sposobnost prilagođavanja jedno je od glavnih svojstava života općenito, jer pruža i samu mogućnost njegovog postojanja, sposobnost preživljavanja i razmnožavanja organizama. Adaptacije se manifestuju na različitim nivoima: od biohemije ćelija i ponašanja pojedinačnih organizama do strukture i funkcionisanja zajednica i ekoloških sistema. Adaptacije nastaju i razvijaju se u toku evolucije vrsta.

Mehanizmi prilagođavanja

Glavni mehanizmi adaptacije na nivou organizma:

1) biohemijski - manifestuje se u unutarćelijskim procesima, kao što je promena u radu enzima ili promena njihove količine;

2) fiziološki - na primjer, pojačano znojenje sa porastom temperature kod određenog broja vrsta;

3) morfo-anatomski - karakteristike strukture i oblika tela povezane sa načinom života;

4) bihejvioralne - na primjer, traženje povoljnih staništa od strane životinja, stvaranje jazbina, gnijezda i sl.;

5) ontogenetski - ubrzanje ili usporavanje individualnog razvoja, doprinoseći opstanku u promenljivim uslovima.

Razmotrimo ove mehanizme detaljnije.

biohemijski mehanizmi. Životinje koje žive u obalnoj (litoralnoj) zoni mora dobro su prilagođene djelovanju nepovoljnih čimbenika okoliša i zahvaljujući nizu adaptacija sposobne su preživjeti u uvjetima nedostatka kisika. Posebno: razvili su dodatne mehanizme za potrošnju kiseonika iz okoline; oni su u stanju da održavaju unutrašnje energetske resurse tela prelaskom na anaerobne metaboličke puteve; smanjuju ukupnu brzinu metabolizma kao odgovor na niske koncentracije kisika u morska voda. Štoviše, treća metoda se smatra glavnim i jednim od najvažnijih mehanizama adaptacije na nedostatak kisika za mnoge vrste. morske školjke. Tokom periodičnih suša koje su rezultat ciklusa plime i oseke, školjkaši su izloženi kratkotrajnoj anoksiji i prebacuju svoj metabolizam na anaerobni put. Kao rezultat toga, oni se smatraju tipičnim fakultativnim anaerobnim organizmima. Poznato je da se intenzitet metabolizma kod morske školjke tijekom anoksije smanjuje za više od 18 puta. Smanjenjem brzine metabolizma, hipoksija/anoksija značajno utiče na rast i mnoge druge fiziološke karakteristike mekušaca.

Tokom evolucije, morske školjke su razvile niz biohemijskih adaptacija koje im omogućavaju da prežive štetne efekte kratkotrajne anoksije. Zbog vezanog načina života, biohemijske adaptacije kod školjkaša su raznovrsnije i izraženije nego kod slobodnoživućih organizama, koji su, prije svega, razvili bihevioralne i fiziološke mehanizme koji im omogućavaju izbjegavanje kratkotrajnih štetnih utjecaja okoline.

Kod morskih mekušaca opisano je nekoliko mehanizama za regulaciju nivoa metabolizma. Jedna od njih je promjena u brzini glikolitičkih reakcija. Na primjer, Bivalvia se odlikuje alosteričnom regulacijom enzimske aktivnosti u anoksičnim uvjetima, tokom kojih metaboliti utječu na specifične lokuse enzima. Jedan od važnih mehanizama za smanjenje stope ukupnog metabolizma je reverzibilna proteinska fosforilacija. Takve promjene u strukturi proteina uzrokuju značajne modifikacije u aktivnosti mnogih enzima i funkcionalnih proteina uključenih u sve životne procese tijela. Na primjer, kod Littorea littorea, kao i kod većine mekušaca otpornih na anoksiju, reverzibilna fosforilacija nekih glikolitičkih enzima doprinosi preusmjeravanju toka ugljika na anaerobni put enzimskog metabolizma, kao i supresiji brzine glikolitičkog puta.

Unatoč činjenici da je smanjenje brzine metabolizma kvantitativno povoljan mehanizam koji potiče opstanak morskih mekušaca u anoksičnim uvjetima, aktivacija modificiranih metaboličkih puteva također igra važnu ulogu u procesima adaptacije morskih mekušaca na niske koncentracije kisika u morska voda. U toku ovih reakcija značajno se povećava prinos ATP-a i formiraju se ne-kiseli i/ili hlapljivi krajnji proizvodi, koji zauzvrat doprinose očuvanju ćelijske homeostaze u anoksičnim uslovima.

Dakle, biohemijska adaptacija je često posljednje sredstvo kojem organizam pribjegava kada nema bihejvioralnih ili fizioloških načina da izbjegne štetne efekte okoline.

Pošto biohemijska adaptacija nije lak način, organizmima je često lakše da nađu odgovarajuće okruženje migracijom nego da ponovo izgrade hemiju ćelije. U slučaju vezanih morskih obalnih školjkaša, migracija u povoljne okolišne uvjete je nemoguća, stoga imaju dobro razvijene mehanizme metaboličke regulacije koji im omogućavaju prilagodbu na obalnu zonu mora koja se stalno mijenja, koju karakterizira periodična drenaža.

Fiziološki mehanizmi. Termička adaptacija je posljedica kombinacije specifičnih fizioloških promjena. Glavni među njima su pojačano znojenje, smanjena temperatura jezgra i školjke, te smanjen broj otkucaja srca pri vježbanju uz izlaganje povišenim temperaturama (Tabela 1).

Tabela 1. Adaptivne fiziološke promjene kod ljudi u uvjetima povišene temperature okoline

Morfo-anatomski mehanizmi. Dakle, dobro poznati protein ima dobru morfološko i funkcionalnu sposobnost, što mu omogućava da preživi u svom staništu. Prilagodljive vanjske karakteristike strukture proteina uključuju sljedeće:

Oštre zakrivljene kandže koje vam omogućavaju da se dobro prianjate, držite i krećete duž drveta;

Snažne i duže od prednjih, zadnjih nogu, koje omogućavaju vjeverici velike skokove;

Dugačak i pahuljasti rep koji se ponaša kao padobran za skakanje i grije je u gnijezdu u hladnoj sezoni;

Oštri, samooštreći zubi koji vam omogućavaju da grizete tvrdu hranu;

Odbacivanje vune, koja pomaže vjeverici da ostane topla zimi i da se osjeća lakša ljeti, a također omogućava promjenu kamuflažne boje.

Ove prilagodljive karakteristike omogućavaju vjeverici da se lako kreće kroz drveće u svim smjerovima, pronalazi hranu i jede je, pobjegne od neprijatelja, napravi gnijezdo i uzgaja potomstvo, te ostane naseljena životinja, uprkos sezonskim promjenama temperature. Tako se ostvaruje odnos proteina sa okolinom.

mehanizmi ponašanja. Pored primjera aktivnosti traženja povoljnih staništa, učenja, strategija ponašanja u opasnosti (borba, bijeg, nestajanje), grupisanja, stalne motivacije interesima opstanka i razmnožavanja, može se dati još jedan upečatljiv primjer.

U prirodnim i eksperimentalnim uvjetima vodenog okoliša, i morske i slatkovodne vrste riba orijentiraju se koristeći elemente ponašanja. U ovom slučaju dolazi do prostorne i vremenske adaptacije na različite faktore - temperaturu, osvjetljenost, sadržaj kisika, brzinu struje itd. Vrlo često se kod riba uočava fenomen spontanog izbora jednog ili drugog faktora okoline, na primjer, orijentacija duž gradijent temperature vode. Mehanizmi ponašanja orijentacije riba u odnosu na temperaturni faktor okoline često su slični ili neznatno različiti od reakcije na druge faktore.

ontogenetskih mehanizama. Sistemi ontogenetske adaptacije su temelj koji osigurava opstanak i uspješnu reprodukciju dovoljnog broja jedinki u uobičajenim stanišnim uvjetima za populaciju. Njihovo očuvanje je toliko važno za opstanak vrsta da je evolucijom nastala čitava grupa genetskih sistema koji su dizajnirani da služe kao barijera koja štiti sisteme ontogenetske adaptacije od destruktivnih efekata onih evolucionih faktora koji su nekada doprineli njihovom nastanku.

Postoje sljedeće podvrste ove vrste adaptacije:

Genotipska adaptacija - selekcija nasledno determinisanih (promena genotipa) povećana adaptabilnost na promenjene uslove (spontana mutageneza);

Fenotipska adaptacija - ovom selekcijom, varijabilnost je ograničena brzinom reakcije koju određuje stabilan genotip.

Kod dvokrilaca, kod kojih je zbog prisutnosti gigantskih politenskih hromozoma žlijezda slinovnica moguće otkriti finu linearnu strukturu kromosoma, često se nalaze čitavi kompleksi vrsta blizanaca, koji se sastoje od nekoliko, gotovo morfološki nerazlučivih, blisko povezanih vrste. Za druge zoološke vrste koje nemaju politenske hromozome, tako fina citološka dijagnoza je teška, ali čak i kod njih, na izolovanim arhipelagima, često se mogu uočiti čitave grupe blisko srodnih vrsta, očigledno novijeg porekla, koje snažno odstupaju od zajedničkog kopna. predak. Klasični primjeri su havajske cvjetnice, Darwinove zebe sa ostrva Galapagos, gušteri i puževi sa Solomonskih ostrva i mnoge druge grupe endemskih vrsta. Sve ovo ukazuje na mogućnost višestrukih čina specijacije povezanih s pojedinačnim epizodama kolonizacije, te na rašireno adaptivno zračenje, čiji je pokretački mehanizam bila destabilizacija prethodno stabilnog, dobro integriranog genoma.

U procesu evolucije, kao rezultat prirodne selekcije i borbe za postojanje, nastaju adaptacije (prilagođavanja) organizama određenim životnim uslovima. Sama evolucija je u suštini kontinuirani proces formiranja adaptacija, koji se odvija prema sljedećoj shemi: intenzitet reprodukcije -> borba za postojanje -> selektivna smrt -> prirodna selekcija-> fitnes.

Adaptacije utiču na različite aspekte životnih procesa organizama i stoga mogu biti nekoliko vrsta.

Morfološke adaptacije

Oni su povezani s promjenom strukture tijela. Na primjer, pojava membrana između prstiju kod vodenih ptica (vodozemci, ptice itd.), guste dlake kod sjevernih sisara, dugih nogu i dugog vrata kod močvarnih ptica, fleksibilnog tijela kod grabežljivaca koji se ukopavaju (na primjer, kod lasica ), itd. Kod toplokrvnih životinja, pri kretanju na sjever, primjećuje se povećanje prosječne veličine tijela (Bergmannovo pravilo), što smanjuje relativnu površinu i prijenos topline. Kod pridnenih riba formira se plosnato tijelo (ražanj, iverak, itd.). Biljke u sjevernim geografskim širinama i visokim planinskim predjelima često imaju puzave i jastučaste oblike, manje oštećene jakim vjetrovima i bolje zagrijane suncem u sloju tla.

Zaštitna boja

Zaštitna obojenost je vrlo važna za životinjske vrste koje nemaju efektivna sredstva zaštita od predatora. Zahvaljujući njoj, životinje postaju manje vidljive na tlu. Na primjer, ženke ptica koje ležu jaja gotovo se ne razlikuju od pozadine područja. Ptičija jaja su također obojena kako bi odgovarala boji područja. Ribe dna, većina insekata i mnoge druge životinjske vrste imaju zaštitnu boju. Na sjeveru je češća bijela ili svijetla boja, koja pomaže pri kamufliranju u snijegu (polarni medvjedi, polarne sove, arktičke lisice, mladunci perjanica - bijeli mladunci itd.). Određene životinje su razvile obojenost formiranu naizmjeničnim svijetlim i tamnim prugama ili mrljama, što ih čini manje uočljivim u žbunju i gustim šikarama (tigrovi, mlade svinje, zebre, pjegavi jeleni itd.). Neke životinje mogu vrlo brzo promijeniti boju ovisno o uvjetima (kameleoni, hobotnice, iverak, itd.).

Prerušavanje

Suština prerušavanja je da oblik tijela i njegova boja čine da životinje izgledaju kao lišće, čvorovi, grane, kora ili trnje biljaka. Često se nalazi kod insekata koji žive na biljkama.

Upozoravajuća ili prijeteća obojenost

Neke vrste insekata koji imaju otrovne ili mirisne žlijezde imaju svijetlu upozoravajuću boju. Stoga grabežljivci koji su ih jednom sreli pamte ovu boju dugo vremena i više ne napadaju takve insekte (na primjer, ose, bumbare, bubamare, koloradske bube i niz drugih).

Mimikrija

Mimikrija je boja i oblik tijela bezopasnih životinja koje oponašaju njihove otrovne kolege. Na primjer, neke neotrovne zmije izgledaju kao otrovne. Cikade i cvrčci podsjećaju na velike mrave. Neki leptiri imaju velike mrlje na svojim krilima koje podsjećaju na oči grabežljivaca.

Fiziološke adaptacije

Ova vrsta adaptacije povezana je s restrukturiranjem metabolizma u organizmima. Na primjer, pojava toplokrvnosti i termoregulacije kod ptica i sisara. U jednostavnijim slučajevima radi se o prilagođavanju određenim oblicima hrane, slanom sastavu okoline, visokim ili niskim temperaturama, vlažnosti ili suhoći tla i zraka itd.

Biohemijske adaptacije

Ova vrsta adaptacije povezana je sa stvaranjem određenih supstanci koje olakšavaju odbranu od neprijatelja ili napada na druge organizme. To uključuje otrove zmija, škorpiona, pauka i nekih drugih životinja, koji im olakšavaju lov; antibiotici gljivica i bakterija koji ih štite od konkurencije; biljni toksini koji ih sprečavaju da se pojedu; mirisne tvari stjenica i nekih drugih insekata koji odbijaju neprijatelje itd. Tu spada i stvaranje enzima koji uništavaju pesticide i lijekove koje koristi čovjek i dovode do pojave oblika bakterija, gljivica i drugih organizama koji su otporni na te tvari. Biohemijske adaptacije također uključuju specijalnu strukturu proteina i lipida u termofilnoj (otpornoj na visoke temperature) i psihrofilnoj (hladnoljubivoj), što omogućava organizmima postojanje u toplim izvorima, vulkanskom tlu ili u uslovima permafrosta.

Adaptacije ponašanja

Ova vrsta adaptacije povezana je sa promjenom ponašanja u određenim uvjetima. Na primjer, briga o potomstvu dovodi do boljeg preživljavanja mladih životinja i povećava otpornost njihove populacije. Tokom sezone parenja mnoge životinje formiraju zasebne porodice, a zimi se udružuju u jata, što im olakšava hranu ili zaštitu (vukovi, mnoge vrste ptica).

Adaptacije na periodične faktore sredine

To su adaptacije na faktore okoline koje imaju određenu periodičnost u ispoljavanju. Ovaj tip uključuje svakodnevne izmjene perioda aktivnosti i odmora, stanja djelomične ili potpune anabioze (opadanje lišća, zimske ili ljetne dijapauze životinja itd.), migracije životinja uzrokovane sezonskim promjenama itd.

Prilagođavanje ekstremnim životnim uslovima

Biljke i životinje koje žive u pustinjama i polarnim regijama također stječu brojne specifične adaptacije. Kod kaktusa su listovi evoluirali u bodlje (kako bi se smanjilo isparavanje i zaštitilo od toga da ih životinje pojedu), a stabljika je evoluirala u fotosintetski organ i rezervoar. Pustinjske biljke imaju dug korijenski sistem koji im omogućava da izvlače vodu iz velikih dubina. Pustinjski gušteri mogu preživjeti bez vode jedući insekte i dobivajući vodu hidrolizacijom svojih masti. Kod sjevernih životinja, osim gustog krzna, postoji i velika zaliha potkožne masti koja smanjuje hlađenje tijela.

Relativna priroda adaptacija

Sve adaptacije su svrsishodne samo za određene uslove u kojima su se razvile. Kada se ovi uslovi promijene, adaptacije mogu izgubiti svoju vrijednost ili čak naštetiti organizmima koji ih imaju. Bijela boja zečeva, koja ih dobro štiti na snijegu, postaje opasna tokom zima sa malo snijega ili jakih odmrzavanja.

Relativnu prirodu adaptacija dobro dokazuju i paleontološki podaci, koji svjedoče o izumiranju velikih skupina životinja i biljaka koje nisu preživjele promjenu životnih uvjeta.

Adaptacija- ovo je adaptacija tijela na uvjete okoline zbog kompleksa morfoloških, fizioloških i bihevioralnih karakteristika.

Različiti organizmi se prilagođavaju različitim uvjetima okoline i kao rezultat toga vole vlagu hidrofiti i "suhonosci" - kserofiti(Sl. 6); biljke sa slanim zemljištem halofiti; biljke otporne na sjenu sciofiti), i zahtijevaju za normalan razvoj kompletan sunčeva svetlost (heliofiti); životinje koje žive u pustinjama, stepama, šumama ili močvarama su noćne ili dnevne. Grupe vrsta sa sličnim odnosom prema uslovima životne sredine (tj. koje žive u istim ekotopima) nazivaju se ekološke grupe.

Sposobnost prilagođavanja nepovoljnim uvjetima kod biljaka i životinja se razlikuje. Zbog činjenice da su životinje pokretne, njihove su adaptacije raznovrsnije od onih kod biljaka. Životinje mogu:

- da se izbjegnu nepovoljni uslovi (ptice iz zimske gladi i hladnoće u toplije krajeve, jeleni i drugi kopitari lutaju u potrazi za hranom i sl.);

- pasti u suspendiranu animaciju - privremeno stanje u kojem su životni procesi toliko usporeni da su njihove vidljive manifestacije gotovo potpuno odsutne (stupor insekata, hibernacija kičmenjaka, itd.);

- prilagođavaju se životu u nepovoljnim uslovima (od mraza ih spašava dlaka i potkožna mast, pustinjske životinje imaju uređaje za ekonomično korištenje vode i hlađenja itd.). (Sl. 7).

Biljke su neaktivne i vode privržen način života. Stoga su za njih moguće samo posljednje dvije varijante adaptacija. Dakle, biljke karakterizira smanjenje intenziteta vitalnih procesa u nepovoljnim periodima: odbacuju lišće, prezimljuju u obliku uspavanih organa zakopanih u tlu - lukovice, rizoma, gomolja i ostaju u stanju sjemena i spora. u tlu. Kod briofita cijela biljka ima sposobnost anabioze, koja u suhom stanju može trajati nekoliko godina.

Otpornost biljaka na štetne faktore povećava se zahvaljujući posebnim fiziološkim mehanizmima: promjenama osmotskog tlaka u stanicama, regulaciji intenziteta isparavanja uz pomoć stomata, korištenju "filterskih" membrana za selektivnu apsorpciju tvari itd.

Adaptacije u različitim organizmima se razvijaju sa različita brzina. Najbrže se javljaju kod insekata koji se mogu prilagoditi djelovanju novog insekticida za 10-20 generacija, što objašnjava neuspjeh kemijske kontrole gustine populacije štetočina insekata. Proces razvoja adaptacija kod biljaka ili ptica odvija se polako, tokom stoljeća.

Uočene promjene u ponašanju organizama obično se povezuju sa skrivenim osobinama koje su imali, takoreći, "u rezervi", ali su se pod utjecajem novih faktora pojavile i povećale otpornost vrsta. Ovakva skrivena svojstva objašnjavaju otpornost nekih vrsta drveća na djelovanje industrijskog zagađenja (topola, ariš, vrba), a nekih korovskih vrsta na djelovanje herbicida.

Sastav iste ekološke grupe često uključuje organizme koji nisu slični jedni drugima. To je zbog činjenice da se različite vrste organizama mogu prilagoditi istom okolišnom faktoru na različite načine.

Na primjer, različito doživljavaju hladnoću toplokrvni(oni se nazivaju endotermni, od grčkih riječi endon - iznutra i terme - toplina) i hladnokrvnih (ektotermna, od grčkog ectos - izvan) organizmi. (Sl. 8.)

Temperatura tijela endotermnih organizama ne ovisi o temperaturi okoline i uvijek je manje-više konstantna, njene fluktuacije ne prelaze 2-4 jaki mrazevi i najintenzivnije vrućine. Ove životinje (ptice i sisari) održavaju svoju tjelesnu temperaturu internom proizvodnjom topline na temelju intenzivnog metabolizma. Svoju tjelesnu toplinu održavaju na račun toplih “krznenih kaputa” od perja, vune itd.

Fiziološke i morfološke adaptacije upotpunjuju se adaptivnim ponašanjem (izbor vjetrom zaštićenih mjesta za prenoćište, izgradnja jazbina i gnijezda, grupna noćenja sa glodarima, bliske grupe pingvina koje se griju, itd.). Ako je temperatura okoline vrlo visoka, onda se endotermni organizmi hlade posebnim uređajima, na primjer, isparavanjem vlage s površine sluznice usne šupljine i gornjeg dijela respiratornog trakta. (Iz tog razloga, na vrućini, psu se ubrzava disanje i on isplazi jezik.)

Temperatura tijela i pokretljivost ektotermnih životinja ovisi o temperaturi okoline. Insekti i gušteri postaju letargični i neaktivni po hladnom vremenu. Istovremeno, mnoge životinjske vrste imaju mogućnost odabira mjesta s povoljnim uvjetima za temperaturu, vlažnost i sunčevu svjetlost (gušteri se griju na osvijetljenim kamenim pločama).

Međutim, apsolutna ektotermija se opaža samo kod vrlo malih organizama. Većina hladnokrvnih organizama još uvijek je sposobna za lošu regulaciju tjelesne temperature. Na primjer, kod aktivno letećih insekata - leptira, bumbara, tjelesna temperatura se održava na 36-40 ° C čak i pri temperaturama zraka ispod 10 ° C.

Slično, vrste iste ekološke grupe u biljkama razlikuju se po svom izgledu. Oni se također mogu prilagoditi istim uvjetima okoline na različite načine. Dakle, različite vrste kserofita štede vodu na različite načine: neke imaju debele ćelijske membrane, druge imaju pubescenciju ili voštani premaz na listovima. Neki kserofiti (na primjer, iz porodice labiaceae) emituju parove esencijalna ulja, koji ih obavijaju poput "ćebe", što smanjuje isparavanje. Korijenov sistem nekih kserofita je moćan, ulazi u tlo do nekoliko metara dubine i dostiže nivo podzemne vode(devin trn), u drugima - površan, ali jako razgranat, što vam omogućava da sakupljate oborinsku vodu.

Među kserofitima postoje grmovi sa vrlo malim tvrdim listovima koji se mogu osipati u najsušnijim godinama (grmlje karagane u stepi, pustinjski grmovi), travnate trave sa uskim listovima (perjanica, vlasulja), sukulenti(od latinskog succulentus - sočan). Sukulenti imaju sočne listove ili stabljike koje skladište vodu i lako podnose visoke temperature zrak. Sukulenti uključuju američke kaktuse i saksaul koji rastu u srednjoazijskim pustinjama. Imaju posebnu vrstu fotosinteze: puči se otvaraju kratko i samo noću, u ovim hladnim satima, biljke pohranjuju ugljični dioksid, a danju ga koriste za fotosintezu sa zatvorenim stomama. (Sl. 9.)

Različite adaptacije za preživljavanje u nepovoljnim uvjetima na zaslanjenim tlima također se primjećuju kod halofita. Među njima ima biljaka koje su sposobne da akumuliraju soli u svom tijelu (soleros, swede, sarsazan), luče višak soli na površini listova posebnim žlijezdama (kermek, tamariks), "čuvaju" soli iz svog tkiva zbog „korijenska barijera” nepropusna za soli” (pelin). U potonjem slučaju, biljke se moraju zadovoljiti malom količinom vode i imaju izgled kserofita.

Iz tog razloga, ne treba se čuditi što pod istim uslovima postoje biljke i životinje koje su međusobno različite, a koje su se na različite načine prilagodile tim uslovima.

test pitanja

1. Šta je adaptacija?

2. Zbog čega se životinje i biljke mogu prilagoditi nepovoljnim uvjetima okoline?

2. Navedite primjere ekoloških grupa biljaka i životinja.

3. Recite nam o različitim adaptacijama organizama na doživljavanje istih nepovoljnih uslova okoline.

4. Koja je razlika između prilagođavanja na niske temperature kod endotermnih i ektotermnih životinja?