Adattamenti (adattamento) degli organismi alle condizioni ambientali. Adattamento del corpo a fattori fisici, biologici e sociali

Il termine adattamento denota un insieme di reazioni psicofisiologiche che assicurano l'adattamento della struttura e delle funzioni di un organismo o organo al cambiamento ambiente e ai cambiamenti che avvengono al suo interno. L'adattamento alla totalità delle sole condizioni climatiche naturali e dell'ambiente biologico è chiamato acclimatamento. In una situazione normale, una persona molto spesso sperimenta l'influenza di un intero gruppo di fattori modificati contemporaneamente.

L'adattamento dovrebbe essere distinto dalla resistenza. Si riferisce alla resistenza del corpo a fattori esterni. Assegna una resistenza specifica, ad es. resistenza in relazione a un determinato fattore e non specifico - comprendendo con esso la resistenza del corpo a vari fattori.

Le capacità fisiologiche di adattamento del corpo non sono illimitate, per questo motivo può verificarsi disadattamento, che è una violazione delle reazioni adattative del corpo o un processo che è l'opposto dell'adattamento. Il disadattamento si verifica come risultato dell'impatto sul corpo di fattori con una forza che supera quantitativamente le capacità psicofisiologiche di una persona. Il disadattamento porta gradualmente alla disfunzione: l'incapacità del corpo o dell'organo di svolgere completamente il lavoro a causa di una violazione delle strutture responsabili dell'adattamento. Se un'esposizione eccessiva e limitante non provoca disturbi agli organi e ai sistemi, è possibile il riadattamento, ad es. il ritorno dei sistemi coinvolti nel processo nella loro posizione originaria dopo la cessazione del fattore traumatico. La caratteristica più importante Il riadattamento consiste nel fatto che in un organismo che ha subito l'influenza dell'aumento del carico più volte di seguito, rimane una memoria (traccia) del carico, che conserva a lungo i cambiamenti adattativi che si verificano in esso.

Esistono adattamenti genotipici e fenotipici.

L'adattamento genotipico è un complesso di caratteristiche morfologiche, fisiologiche, biochimiche e comportamentali volte a mantenere la relativa costanza delle proprietà e della composizione ambiente interno, chiamato omeostasi, e permettendo all'organismo di esistere in questo ambiente. Questo complesso di caratteristiche è geneticamente impresso ed è ereditato.

L'adattamento genotipico (evolutivo) delle popolazioni umane si manifesta nella pigmentazione della pelle, il tipo di corpo, la forma e le dimensioni della testa prevalenti in diverse razze e popoli. Ad esempio, quando le persone si spostavano dal centro di origine al nord, le persone si adattavano basso livello irradiazione ultravioletta. La pelle chiara trasmette meglio i raggi ultravioletti, la formazione di vitamina D è più attiva negli strati profondi della pelle, il che ha permesso agli antichi di adattarsi alle condizioni del nord, dove c'è poca radiazione ultravioletta.

L'adattamento fenotipico si acquisisce nel corso della vita individuale dell'uomo e dell'animale. La sua piattaforma è un complesso di tratti ereditari specifici. Si forma nel processo di interazione umana con l'ambiente ed è spesso fornito da profondi cambiamenti strutturali nel corpo. I cambiamenti acquisiti durante la vita non sono fissati geneticamente e, quindi, non sono ereditati. Si sovrappongono ai tratti e alle proprietà ereditarie esistenti e, insieme a loro, creano il suo aspetto individuale: il fenotipo.

Come risultato dell'adattamento fenotipico, l'organismo acquisisce una resistenza precedentemente assente a un determinato fattore ambientale. La conseguenza di questo processo individuale è la capacità di vivere in condizioni prima incompatibili con la vita, di risolvere problemi prima insolubili dall'organismo. La gamma di compiti spazia dalla capacità di evitare un predatore con l'aiuto di un riflesso difensivo passivo alla capacità di creare tali condizioni per un lungo volo spaziale che non influiscano negativamente sull'intero vita successiva astronauta.

Pertanto, il programma genetico non prevede uno specifico adattamento a lungo termine, ma solo la possibilità della sua formazione sotto l'influenza dell'ambiente. Ciò garantisce l'attuazione delle sole reazioni adattative di vitale importanza e, man mano che l'adattamento si sviluppa, viene effettuato un dispendio economico di energia e risorse strutturali del corpo, diretto da un ambiente specifico.

Classificazione dei fattori ambientali. L'intera varietà di fattori che influenzano una persona è divisa in due gruppi: abiotici e biotici. Per fattori abiotici includere tutto ciò che accade natura inanimata: temperatura, umidità, Composizione chimica aria e acqua e altri. Fattori biotici includere l'impatto sull'uomo di tutti gli esseri viventi: agenti patogeni, cibo vegetale e animale.

I fattori ambientali incontrano sempre una risposta dall'organismo: il cibo è esposto ai succhi digestivi, il sistema immunitario agisce contro gli agenti patogeni e quando la temperatura dell'aria cambia, si attivano reazioni termoregolatrici. Allo stesso tempo, una persona è in grado di cambiare consapevolmente determinati elementi fisici e chimici dell'ambiente in base al bisogno fisiologico. In particolare, questo vale per i sistemi artificiali in cui i cosmonauti soggiornano in voli spaziali a lungo termine e gli equipaggi dei sottomarini nucleari in navigazione autonoma.

La specificità qualitativa del fattore è determinata dalla sua selettività in relazione all'influenza su determinati processi nel corpo. Dipende dalla sua natura fisica e chimica. Insieme a questo, la natura dell'impatto e la reazione del corpo umano ad esso sono in gran parte determinate dall'intensità del fattore, il suo "dosaggio".

Specifici meccanismi di adattamento inerenti a una persona gli danno l'opportunità di sopportare un certo intervallo di deviazioni del fattore dai valori ottimali senza disturbare le normali funzioni del corpo. Le zone di espressione quantitativa di un fattore che devia dall'ottimo, ma non sconvolge la vita, sono definite come zona normale. Esistono due di queste zone, corrispondenti allo scostamento dall'ottimo verso la mancanza del dosaggio del fattore e verso il suo eccesso. Con un'estrema carenza o eccesso di un fattore che porta a cambiamenti patologici nel corpo, si distinguono le zone pessime, cioè le zone che causano danni. Infine, al di fuori di queste zone, la quantità del fattore diventa così piccola o grande che il pieno esercizio di tutte le possibilità genotipiche e fenotipiche dell'organismo è inefficace.

L'adattamento a qualsiasi fattore richiede un dispendio energetico superiore a un certo livello medio. Nella zona ottimale, i meccanismi adattivi non vengono attivati ​​e l'energia viene spesa solo per i processi vitali fondamentali, principalmente per i sistemi di supporto vitale. Quando il valore del fattore supera l'ottimo, iniziano a formarsi o attivarsi meccanismi adattivi, richiedendo maggiori costi energetici, più il fattore si discosta dal valore ottimale. La violazione dell'equilibrio energetico del corpo, insieme all'effetto dannoso di una carenza o eccesso di fattore, limita la gamma di cambiamenti tollerati da una persona.

Se le condizioni esterne per un tempo sufficientemente lungo rimangono a un livello più o meno costante, o cambiano entro un certo intervallo intorno a un valore medio, l'attività vitale dell'organismo si stabilizza a un livello che è adattativo rispetto a questo stato medio, tipico dell'ambiente.

La quantità totale di vari effetti sul corpo umano e animale è solitamente divisa in due categorie. I fattori estremi sono incompatibili con la vita, l'adattamento ad essi è impossibile. In condizioni di fattori estremi, la vita è possibile solo se c'è mezzi speciali supporto vitale. Ad esempio, il volo nello spazio è possibile solo in speciali veicoli spaziali, in cui vengono mantenute la pressione, la temperatura, ecc. Una persona non può adattarsi alle condizioni dello spazio.

Fattori subestremi: la vita sotto l'influenza di questi fattori è possibile grazie alla ristrutturazione dei meccanismi fisiologicamente adattativi del corpo stesso. Con un'eccessiva forza e durata dello stimolo, il fattore subestremo può trasformarsi in uno estremo.

Fasi di adattamento. La maggior parte delle reazioni adattative del corpo umano si svolgono in due fasi: l'adattamento iniziale - urgente, ma non sempre perfetto, e il successivo - adattamento perfetto a lungo termine.

La fase urgente di adattamento si verifica immediatamente dopo l'inizio dell'azione dello stimolo sul corpo e può essere realizzata solo sulla base di meccanismi fisiologici precedentemente formati. Esempi di manifestazioni di adattamento urgente sono: un aumento passivo della produzione di calore in risposta al freddo, un aumento del trasferimento di calore in risposta al calore in eccesso, un aumento della ventilazione polmonare e del volume minuto della circolazione sanguigna in risposta alla mancanza di ossigeno. In questa fase di adattamento, il funzionamento di organi e sistemi procede al limite delle capacità fisiologiche del corpo, con una mobilizzazione quasi completa di tutte le riserve, ma non fornisce l'effetto adattativo ottimale. Quindi, ad esempio, la corsa di una persona inesperta avviene in prossimità dei valori massimi del volume minuto del cuore e della ventilazione polmonare, con la massima conversione della riserva di glicogeno in glucosio nel fegato. Pertanto, l'adattamento avviene senza preparazione, ma si rivela imperfetto.

L'adattamento a lungo termine a un fattore di stress avviene gradualmente, come risultato di un'azione a lungo termine, permanente o ripetuta di questo fattore sul corpo. Le condizioni principali per un adattamento a lungo termine sono la consistenza e la continuità dell'impatto di un fattore estremo. Oltre al criterio qualitativo del fattore ambientale, di grande importanza è la modalità di influenza del fattore sull'organismo.

Il passaggio dallo stadio urgente di adattamento, che è in gran parte imperfetto dal punto di vista del dispendio dispendioso di energia e risorse plastiche del corpo, in uno stadio perfetto ea lungo termine avviene gradualmente. Questa transizione garantisce la possibilità di una vita permanente di una persona in nuove condizioni, amplia le sfere della sua abitazione, rimuove le restrizioni alla libertà di comportamento in un ambiente che è cambiato biologicamente e socialmente.

La reazione del corpo aumenta in modo significativo se il fattore agisce in modo discreto, a determinati intervalli. Tale è l'adattamento a un intenso lavoro fisico precedentemente irraggiungibile, lo sviluppo della resistenza a una significativa ipossia d'alta quota, che in precedenza era incompatibile con la vita, lo sviluppo della resistenza al freddo, al caldo e a grandi dosi di veleni.

Lo sviluppo dell'adattamento avviene attraverso una serie di fasi.

1. Fase iniziale di adattamento- si sviluppa all'inizio dell'azione di fattori sia fisiologici che patogeni. Innanzitutto, sotto l'azione di qualsiasi fattore, si verifica un riflesso di orientamento, che è accompagnato dall'inibizione di molti tipi di attività che si sono manifestati fino a questo punto. Dopo l'inibizione, si osserva una reazione di eccitazione. Eccitazione del SNC accompagnata da un aumento della funzione sistema endocrino soprattutto il midollo surrenale. Allo stesso tempo, vengono potenziate le funzioni di circolazione sanguigna, respirazione e reazioni cataboliche. Tuttavia, tutti i processi procedono in questa fase in modo scoordinato, non sufficientemente sincronizzato, antieconomico e sono caratterizzati dall'urgenza di reazioni. Più forti sono i fattori che agiscono sul corpo, più pronunciata questa fase di adattamento. Caratteristica della fase iniziale è la componente emotiva, e la forza della componente emotiva dipende dal "lancio" di meccanismi vegetativi che precedono quelli somatici.

2. Fase - transitoria dall'adattamento iniziale a quello sostenibile. È caratterizzato da una diminuzione dell'eccitabilità del sistema nervoso centrale, una diminuzione dell'intensità dei cambiamenti ormonali e l'arresto di un certo numero di organi e sistemi originariamente inclusi nella reazione. Durante questa fase, i meccanismi di adattamento del corpo, per così dire, passano gradualmente a un livello tissutale più profondo. Questa fase ei processi che la accompagnano sono relativamente poco studiati.

3. Fase di adattamento sostenibile. In realtà è un adattamento - un adattamento ed è caratterizzato da un nuovo livello di attività di tessuti, membrane, elementi cellulari, organi e sistemi del corpo, ricostruito sotto la copertura di sistemi ausiliari. Questi turni forniscono nuovo livello omeostasi, un organismo adeguato e ad altri fattori avversi - si sviluppa il cosiddetto adattamento incrociato. Portare la reattività del corpo a un nuovo livello di funzionamento non è dato al corpo "per niente", ma procede sotto la tensione del controllo e di altri sistemi. Questa tensione è chiamata il prezzo dell'adattamento. Qualsiasi attività di un organismo adattato costa molto di più che in condizioni normali. Ad esempio, durante l'attività fisica in montagna è necessario il 25% in più di energia.

Poiché la fase di adattamento stabile è associata a una tensione costante dei meccanismi fisiologici, le riserve funzionali in molti casi possono essere esaurite, i meccanismi ormonali sono l'anello più impoverito.

A causa dell'esaurimento delle riserve fisiologiche e dell'interruzione dell'interazione dei meccanismi di adattamento neuroormonali e metabolici, si verifica una condizione chiamata disadattamento. La fase di disadattamento è caratterizzata dagli stessi cambiamenti che si osservano nella fase di adattamento iniziale - i sistemi ausiliari tornano in uno stato di maggiore attività - respirazione e circolazione sanguigna, l'energia nel corpo viene sprecata in modo antieconomico. Molto spesso, il disadattamento si verifica nei casi in cui l'attività funzionale in nuove condizioni è eccessiva o l'effetto dei fattori adattogeni è migliorato e sono vicini all'estremo in termini di forza.

In caso di cessazione del fattore che ha causato il processo di adattamento, il corpo inizia gradualmente a perdere gli adattamenti acquisiti. Con l'esposizione ripetuta a un fattore subestremo, la capacità del corpo di adattarsi può essere aumentata e i cambiamenti adattivi possono essere più perfetti. Quindi, possiamo dire che i meccanismi adattativi hanno la capacità di allenarsi, e quindi l'azione intermittente dei fattori adattogeni è più favorevole e determina l'adattamento più stabile.

Impronta strutturale del sistema. Brusco cambiamento delle condizioni ambiente esterno, che rappresenta una minaccia per il corpo, innesca una complessa reazione adattiva. In questa ristrutturazione adattiva, l'importante è aumentare il metabolismo dei più importanti macromolecole biologiche- RNA e proteine. Il meccanismo di adattamento sta nel fatto che quando si ripete la minaccia di violazione dell'omeostasi, le funzioni del corpo procederanno già sullo sfondo di un metabolismo alterato - adattato allo stress - delle strutture cellulari. Poiché l'esposizione ripetuta a un fattore di stress porta all'adattamento, i cambiamenti nel metabolismo dell'RNA e delle proteine ​​sono biologicamente opportuni e contribuiscono a uno sviluppo più efficace degli adattamenti fisiologici.

La possibilità e la qualità del passaggio dall'adattamento urgente all'adattamento garantito a lungo termine sono determinate dall'affidabilità della correzione dei cambiamenti adattativi e da quanto la potenza degli attuatori sia vicina al livello corrispondente alle nuove condizioni ambientali. Qui, il punto centrale è che la violazione delle funzioni di organi e sistemi sotto l'influenza di fattori estremi sul corpo umano comporta l'attivazione dell'apparato genetico della cellula, un aumento della sintesi degli acidi nucleici e di alcune proteine ​​funzionalmente necessarie nelle cellule di questi organi e sistemi. Ciò porta alla formazione di cambiamenti fisiologici e morfologici adattativi che aumentano le capacità dei sistemi responsabili del passaggio dall'adattamento urgente a quello a lungo termine.

Nel processo di adattamento, tutti gli organi coinvolti in esso, cambiando quantitativamente e qualitativamente, formano un sistema funzionale responsabile dell'adattamento. I cambiamenti strutturali che si sviluppano in un sistema funzionale rappresentano una traccia strutturale sistemica formatasi durante il passaggio da un adattamento urgente ma inaffidabile a uno a lungo termine. La traccia strutturale sistemica costituisce la base generale di vari adattamenti a lungo termine dell'organismo. Al centro dell'adattamento a specifici fattori ambientali vi sono le tracce strutturali di una varietà di localizzazione e architettura che soddisfano i requisiti dell'ambiente. Pertanto, un aumento del potere funzionale di una cellula, un tessuto e un organo si ottiene aumentando la massa relativa delle microstrutture funzionanti e il potere enzimatico delle reazioni biochimiche.

La formazione di una traccia strutturale durante l'adattamento a fattori chimici è di estrema importanza. Come è noto, la protezione del corpo dai fattori di stress chimici viene effettuata con l'aiuto di reazioni di ossidazione libera. Di conseguenza, i substrati naturali o non naturali - gli xenobiotici - subiscono la distruzione parziale o totale da parte di uno speciale sistema di ossidazione. Il ruolo principale in esso appartiene a una sostanza speciale: il citocromo P-450. L'assunzione cronica di tali sostanze aumenta notevolmente il potere dell'ossidazione di disintossicazione con l'aiuto del sistema del citocromo P-450. Come risultato della formazione di questa traccia strutturale, la resistenza del corpo umano a numerosi sonniferi e sedativi, alcol, nicotina e molti altri xenobiotici aumenta in modo significativo.

Il tasso di risposta adattativa e il prezzo di adattamento. Il tasso di risposta adattativo è il limite del cambiamento del sistema sotto l'influenza di fattori ambientali che agiscono su di esso, in base ai quali non vengono violate le connessioni strutturali e funzionali con l'ambiente. Se l'impatto dei fattori ambientali sull'organismo supera quantitativamente il livello della norma di adattamento dell'organismo, allora perde la capacità di adattarsi ulteriormente all'ambiente, poiché si è esaurita la possibilità di ristrutturare i collegamenti strutturali del sistema. In questo caso, il sistema è disadattato.

Il processo di adattamento individuale è fornito dalla formazione di una serie di cambiamenti nel corpo, spesso nella natura di reazioni pre-patologiche o addirittura patologiche. Questi cambiamenti, come risultato dello stress generale o della tensione dei sistemi fisiologici individuali, rappresentano una sorta di “prezzo di adattamento”. Il prezzo dell'adattamento sono i cambiamenti pre-patologici o patologici nel corpo causati da un aumento della sua resistenza specifica all'azione di un fattore di stress. I cambiamenti patologici nel corpo possono comparire quando una persona si adatta a fattori ambientali ad alte latitudini, alte montagne, climi caldi e altre condizioni.

Adattamenti complessi e incrociati. A vivo habitat, il corpo umano è sempre influenzato da un insieme complesso di fattori, ciascuno dei quali si esprime in varia misura rispetto al suo valore ottimale. In natura, la combinazione di tutti i fattori nei loro valori ottimali è un fenomeno quasi impossibile.

Con un impatto complesso, vengono stabilite relazioni speciali tra i singoli fattori, in cui l'azione di un fattore in una certa misura cambia - rafforza o indebolisce la natura dell'impatto di un altro. La combinazione dell'impatto di vari fattori sul corpo è chiamata adattamento incrociato o incrociato. Un tipico esempio di tali situazioni possono essere i casi in cui l'adattamento a un fattore ha un effetto positivo sulla resistenza a un altro. Ad esempio, l'allenamento per i carichi muscolari provoca resistenza all'ipossia, al calore, ma riduce la resistenza al freddo e viceversa, l'allenamento per l'ipossia crea una maggiore resistenza ai grandi carichi muscolari, ma riduce la resistenza al freddo. Il processo di disidratazione del corpo (disidratazione) porta ad una diminuzione della resistenza al calore. L'adattamento al freddo riduce la resistenza all'ipossia, al carico muscolare e al calore. L'adattamento termico, a sua volta, aumenta la resistenza all'ipossia, il lavoro muscolare e la disidratazione aumenta la resistenza all'ipossia.

Adattamento umano al clima. Condizioni climatiche sul globo sono estremamente diversi e solo grazie alla presenza di determinati adattamenti in una persona è in grado di esistere in una gamma più ampia di condizioni ambientali rispetto a tutti gli altri tipi di grandi mammiferi.

Ad esempio, il sistema di termoregolazione in condizioni di caldo o freddo estremo mantiene efficacemente la temperatura aree interne corpi entro limiti relativamente ristretti. Nelle condizioni di vita su alta quota il sistema respiratorio mantiene entro limiti stabili la pressione dell'ossigeno e dell'anidride carbonica nei fluidi e nei tessuti del corpo. Il ruolo fisiologico primario tra tutti i fattori è svolto da quelli che hanno influenza diretta sull'intensità dello scambio termico tra la superficie del corpo e l'ambiente.

Gli adattamenti adattativi del corpo umano alla temperatura dell'ambiente sono di tre tipi:

1. Adattamenti fisiologici generali forniti dal funzionamento dei sistemi di termoregolazione e circolatorio. Creano l'opportunità di vivere e lavorare in un'ampia varietà di condizioni. temperatura ambiente. Tali adattamenti possono essere sia a breve che a lungo termine.

2. Risposte adattative fisiologiche e anatomiche specializzate, basate sulle caratteristiche del genotipo.

3. Adattamenti culturali e sociali associati al fornire a una persona un alloggio, vestiti, calore e un sistema di ventilazione.

Un efficace adattamento del corpo umano al clima fornisce uno stato di comfort, crea la possibilità di svolgere un lavoro fisico senza aumentare la fatica, predetermina le prestazioni vari tipi un lavoro qualificato che richiede attenzione e abilità, con un minimo di errori, fornisce condizioni normali di crescita e sviluppo.

L'elevata capacità dell'uomo di adattarsi al clima si vede nell'esempio delle condizioni ambientali estreme e difficili. Ad esempio, a Verkhoyansk (Repubblica di Sakha - Yakutia), situata vicino al Circolo Polare Artico, temperatura media il mese più freddo, gennaio, è di 35°С al di sotto della media annuale (-18°С). Nell'oasi di In Salah nel Sahara algerino, il mese più caldo, luglio, raggiunge i 38°C, ovvero 12°C al di sopra della temperatura media annuale. Nonostante tali bruschi cambiamenti nella temperatura esterna in varie aree, le comunità umane sopravvivono con successo in esse. Allo stesso tempo, la temperatura interna del corpo al freddo e al caldo cambia entro limiti relativamente piccoli e le fluttuazioni giornaliere della temperatura delle regioni interne del corpo non superano i 2°C.

Uomo in un clima caldo. La fascia calda e umida si estende a 10° di latitudine sud e nord e rappresenta un ambiente umido con temperature massime variabili durante tutto l'anno in un intervallo ristretto da +24 a +28°C; di notte umidità relativa in queste aree si avvicina al 100%.

Nei deserti, l'effetto sul corpo delle radiazioni ultraviolette e termiche, l'estrema secchezza dell'aria viene combinato sul corpo e viene aggiunto il vento con la polvere. L'apporto di calore nel corpo umano nel deserto, semplicemente sotto l'influenza dell'aria calda e della radiazione termica di pietre e sabbia riscaldate, può superare di 3,5 volte la generazione di calore del corpo. Può esserci solo una protezione fisiologica contro le alte temperature: un aumento del trasferimento di calore. In questo caso, il carico termico per uomo vestito nel deserto al sole 2,4 volte di più che nei tropici umidi.

Popolazione aliena nel deserto. In una persona a riposo, un elevato carico termico in 30 minuti provoca un aumento della temperatura cutanea fino a 40°C e della temperatura rettale a 39°C. Pertanto, normalmente, la risposta fisiologica immediata al surriscaldamento è un aumento del trasferimento di calore dal corpo. Sotto l'influenza del calore atmosferico, i recettori della temperatura della pelle sono irritati, che, insieme all'aumento della temperatura del sangue circolante, attivano i centri di termoregolazione nell'ipotalamo. Di conseguenza, c'è un'espansione passiva e attiva dei vasi sanguigni nella pelle - vasodilatazione e il flusso sanguigno nella pelle aumenta a 8 l / min rispetto a 0,5 l / min nell'intervallo termoneutrale.

In caso di insufficienza di questi processi per mantenere l'equilibrio termico, la temperatura corporea aumenta e inizia l'aumento della sudorazione. L'intensità del trasferimento di calore durante l'evaporazione del sudore dipende dalla differenza di pressione del vapore acqueo sulla superficie della pelle e dalla pressione dell'aria, dalle dimensioni della superficie inumidita e dalla velocità del movimento dell'aria. Un aumento della temperatura della pelle aumenta la pressione del vapore acqueo sulla sua superficie. Il trasferimento di calore dovuto al calore latente di vaporizzazione può aumentare notevolmente a causa dell'aumento del numero di ghiandole sudoripare funzionanti e di un progressivo aumento dell'attività di ciascuna ghiandola. La massima perdita d'acqua possibile raggiunge circa 1 litro ogni 1 ora, che equivale al rilascio di 2500 kJ di calore ogni 1 ora Il numero totale di ghiandole sudoripare presenti persone diverse disuguale, ma non ci sono differenze significative tra i diversi gruppi razziali. Il numero di ghiandole sudoripare nelle stesse aree della superficie corporea nei rappresentanti gruppi diversi approssimativamente lo stesso.

Con l'esposizione costante o ripetuta allo stress da calore, c'è un miglioramento nell'adattamento del corpo ad esso. La capacità di svolgere lavoro fisico è particolarmente migliorata. Il motivo principale del miglioramento del sistema di regolazione è che le ghiandole sudoripare diventano più sensibili alla stimolazione termica. Ciò si manifesta nell'accelerazione e nell'intensificazione della sudorazione. Pertanto, l'area da cui si verifica l'evaporazione viene inumidita molto più velocemente e in modo più uniforme e aumenta il trasferimento di calore dovuto all'evaporazione, riducendo al minimo l'aumento della temperatura corporea e l'accumulo di calore.

Popolazione aborigena dei tropici e dei deserti. L'aumentata resistenza della popolazione indigena dei tropici all'azione del calore umido e secco sul corpo è spiegata dalle caratteristiche morfofunzionali acquisite dalle popolazioni durante la loro lunga esistenza ai tropici, espresse nella formazione di un tipo di persona adattativa "tropicale" . Il tipo adattativo è inteso come la norma di una reazione biologica a un insieme di condizioni ambientali che assicura lo stato di equilibrio della popolazione con tale ambiente e ha un'espressione esterna nelle caratteristiche morfologiche e funzionali della popolazione.

Rispetto ai residenti zona temperata, è caratterizzata la popolazione aborigena delle latitudini tropicali

Densità corporea ridotta, peso ridotto, aumento della lunghezza degli arti e del busto, bassa gravità della piega adiposa.

· un maggiore rapporto tra superficie corporea e peso, che aumenta la superficie di evaporazione del corpo e contribuisce a una migliore rimozione del calore dal corpo.

ampia larghezza del naso, della fessura orale e della superficie delle labbra, che aumenta l'area della mucosa, aumenta il ritorno dell'umidità e raffredda meglio l'aria inalata.

· una testa stretta e lunga (tipica dei negroidi), che si riscalda più lentamente di una testa piatta e larga.

capelli ricci (nei neri), che rallenta la circolazione dell'aria, che riduce drasticamente la conducibilità termica della calotta, impedendo al cuoio capelluto di riscaldarsi.

· più degli europei, la differenza tra la temperatura del "cuore" e del "guscio" del corpo, delle mani e dei piedi, che contribuisce a una migliore rimozione del calore dal corpo.

10-12% in meno di metabolismo basale rispetto ai residenti clima temperato. Allo stesso tempo, la sua diminuzione è direttamente proporzionale al valore temperatura media annuale habitat.

L'uomo alle alte latitudini. Con il termine "alte latitudini" si intendono i territori che si trovano al di sopra dei 66° 33" di latitudini settentrionali e meridionali. Tra i fattori che incidono negativamente sul corpo umano alle alte latitudini, vi sono quelli dai quali esso può proteggersi. Questi sono, in primis, basse temperature.Da altri è praticamente impossibile difendersi.Questi includono le fluttuazioni specifiche della pressione atmosferica e i ritmi speciali della luce e i regimi stagionali inerenti alle regioni ad alte latitudini, caratterizzate dalla luce solare continua durante il giorno polare e dalla sua lunga assenza durante il giorno polare notte.Ciò provoca uno sforzo dei processi fisiologici e metabolici nei migranti dalle medie latitudini a causa dell'impatto negativo su ritmo quotidiano organismo.

Adattamento della popolazione dei nuovi arrivati. Adattamento umano a condizioni estreme le alte latitudini sono fornite dalla ristrutturazione del metabolismo, dalla tensione dei meccanismi neuroendocrini di regolazione. Lo schema generale si manifesta nel fatto che nella popolazione aliena l'adattamento procede per fasi:

· Il periodo iniziale di adattamento alle dure condizioni dell'estremo nord dura in media fino a sei mesi ed è caratterizzato da una discrepanza di molte funzioni fisiologiche.

· nel secondo periodo, della durata di circa 2–3 anni, in condizioni di riposo fisiologico e di moderato stress fisico e psico-emotivo, avviene la normalizzazione e sincronizzazione dei meccanismi responsabili della costanza della composizione e delle proprietà dell'ambiente interno.

· nel terzo periodo, nei successivi 10-15 anni, lo stato dell'organismo si stabilizza relativamente. Nonostante la stabilizzazione, per mantenere il corretto livello di attività vitale è ancora necessaria una tensione costante dei meccanismi regolatori neuroendocrini. Questa tensione si manifesta in un aumento dell'intensità dei processi metabolici a riposo, e non solo durante il lavoro, che in alcuni individui può portare all'esaurimento delle capacità di riserva dell'organismo.

Il fattore più potente in condizioni di alte latitudini è senza dubbio il freddo. Per qualsiasi persona - migrante e autoctona - le risposte al raffreddamento diretto dal punto di vista del mantenimento dell'omeostasi della temperatura sono le stesse e si riducono a una diminuzione del trasferimento di calore e ad un aumento della produzione di calore. I migranti che arrivano alle alte latitudini si acclimatano gradualmente al freddo. Ciò è indicato da un aumento del metabolismo basale, soprattutto in inverno, e da un miglioramento delle proprietà termoisolanti della superficie a causa di una diminuzione dell'afflusso di sangue alla corazza.

Le risposte adattative del sistema cardiovascolare ai fattori estremi dell'estremo nord sono diverse:

3-6 anni dopo l'arrivo al Nord, la frequenza cardiaca rallenta gradualmente, i volumi sistolici e minuti di circolazione sanguigna diminuiscono, ma la pressione arteriosa e le resistenze vascolari periferiche rimangono aumentate.

Come risultato di una vita di 10 anni o più, si stabilisce una diminuzione persistente della frequenza cardiaca (bradicardia), i volumi sistolici e minuti di circolazione sanguigna diminuiscono, la pressione sanguigna e le resistenze vascolari periferiche aumentano. Durante questo periodo di acclimatazione, la manifestazione dell'ipertensione aumenta. Inoltre, è caratterizzato da un andamento più severo rispetto alle medie latitudini.

Le dure condizioni del Nord, in generale, lasciano un'impronta negativa sulle funzioni del corpo: di conseguenza, la salute dei migranti peggiora, in particolare le capacità protettive del sistema immunitario sono indebolite.

Popolazione aborigena. Lo stress da freddo alla fine ha determinato le caratteristiche della struttura corporea e le funzioni fisiologiche del corpo della popolazione indigena dell'Artico, che sono state fissate evolutivamente nella forma del "tipo adattivo artico". È caratterizzato da un aumento della produzione di calore e dai cambiamenti nel sistema di trasferimento del calore, che a livello cellulare ea livello dei sistemi di organi forniscono efficacemente l'omeostasi della temperatura nei nativi delle alte latitudini. Le caratteristiche morfologiche di garantire l'omeostasi della temperatura della popolazione aborigena includono:

· fisico tozzo di tipo muscoloso massiccio con proporzioni leggermente modificate nella direzione di accorciare gli arti di un busto cilindrico relativamente grande. Insieme, questo riduce la superficie specifica del corpo rispetto alla sua massa, riducendo così l'intensità della perdita di calore.

più pronunciato rispetto ai residenti permanenti di regioni con relativa clima caldo, la possibilità di ridistribuire il flusso sanguigno tra i vasi sanguigni superficiali e profondi del corpo, in particolare gli arti. Questa caratteristica limita la dispersione di calore attraverso la pelle e aiuta a mantenere costante la temperatura del "cuore" del corpo.

caratteristiche specifiche dei tessuti molli del viso: viso ovale arrotondato, naso appiattito e largo, sezione ristretta delle rime palpebrali. Le regioni molari piatte del cranio assicurano la formazione di cuscinetti adiposi termoprotettivi su di esse e hanno un maggior grado di cheratinizzazione dell'epidermide cutanea. Tutto ciò attenua l'effetto freddo diretto sulla superficie frontale aperta.

Gli abitanti autoctoni delle alte latitudini hanno alcune caratteristiche funzionali per garantire l'omeostasi della temperatura:

Ridotta sensibilità dei recettori del freddo.

· La temperatura della pelle è sempre più alta, anche rispetto ai migranti di lunga durata che vivono ad alte latitudini. Ciò è dovuto al fatto che al freddo i vasi della pelle si espandono periodicamente e l'aumento del flusso sanguigno riscalda la pelle, proteggendola dal congelamento.

· Ridotta secrezione dell'ormone antidiuretico, che riduce il contenuto d'acqua dei tessuti del guscio. Pertanto, hanno una ridotta conduttività termica, contribuendo alla ritenzione del calore nel corpo.

· BMR aumentato del 13-30% rispetto alle norme standard della zona temperata.

· Aumento del volume residuo dei polmoni, che si espandono, che migliora la capacità di diffusione degli alveoli. La ventilazione è distribuita uniformemente alle zone mediane e superiori, dove l'aumento del volume di "spazio morto" delle vie aeree migliora il trattamento termico dell'aria in ingresso. L'albero bronchiale negli abitanti delle alte latitudini funziona come un efficiente scambiatore di calore in controcorrente per l'aria inalata ed espirata.

Il coefficiente di utilizzo dell'ossigeno nei polmoni dei nativi delle alte latitudini è più alto rispetto ai nuovi arrivati. Questo, oltre all'aumento della massa del ventricolo destro, all'espansione del lume e ai cambiamenti ipertrofici nelle pareti dei vasi polmonari, indicano che la circolazione polmonare sta subendo uno stress significativo nel fornire il corpo degli abitanti indigeni del Nord con la necessaria quantità di ossigeno. Il trasporto e l'utilizzo dell'ossigeno da parte del corpo dei nordici aumentano a causa dell'aumento del numero di capillari nel cervello, nel miocardio, nel fegato e nei muscoli scheletrici.

Tuttavia, l'adattamento adattivo degli aborigeni alla vita alle alte latitudini ha un prezzo elevato. Ciò si manifesta con un ritardo di diversi anni nella pubertà, un'elevata incidenza di infertilità primaria nelle giovani donne e nascite premature, un'aumentata incidenza di patologie del tratto gastrointestinale e malattie polmonari. La reattività funzionale e immunologica del corpo del bambino diminuisce.

Il libro di testo è conforme allo standard educativo statale federale per l'istruzione generale secondaria (completa), è raccomandato dal Ministero dell'istruzione e della scienza della Federazione Russa ed è incluso nell'elenco federale dei libri di testo.

Il libro di testo è rivolto agli studenti della classe 11 ed è progettato per insegnare la materia 1 o 2 ore a settimana.

Il design moderno, le domande e i compiti a più livelli, le informazioni aggiuntive e la possibilità di lavorare in parallelo con un'applicazione elettronica contribuiscono all'efficace assimilazione del materiale didattico.

Riso. 33. Colorazione invernale di una lepre

Quindi, come risultato dell'azione forze motrici l'evoluzione negli organismi, gli adattamenti alle condizioni ambientali sorgono e migliorano. La fissazione in popolazioni isolate di vari adattamenti può portare alla formazione di nuove specie.

Rivedi domande e compiti

1. Fornire esempi dell'adattabilità degli organismi alle condizioni di esistenza.

2. Perché alcuni animali hanno un colore brillante e smascherante, mentre altri, al contrario, sono condiscendenti?

3. Qual è l'essenza del mimetismo?

4. L'azione della selezione naturale si estende al comportamento degli animali? Dare esempi.

5. Quali sono i meccanismi biologici per l'emergere della colorazione adattativa (nascondendo e avvertendo) negli animali?

6. Gli adattamenti fisiologici sono fattori che determinano il livello di forma fisica dell'organismo nel suo complesso?

7. Qual è l'essenza della relatività di qualsiasi adattamento alle condizioni di vita? Dare esempi.

Pensare! Eseguire!

1. Perché non c'è un adattamento assoluto alle condizioni di vita? Fornisci esempi che dimostrino la natura relativa di qualsiasi dispositivo.

2. I cuccioli di cinghiale hanno una caratteristica colorazione striata che scompare con l'età. Guida esempi simili cambia colore negli adulti rispetto alla prole. Questo schema può essere considerato comune all'intero regno animale? In caso negativo, per quali animali e perché è tipico?

3. Raccogli informazioni sugli animali di colore di avviso nella tua zona. Spiega perché la conoscenza di questo materiale è importante per tutti. Fare stand informativo su questi animali. Fai una presentazione su questo argomento davanti agli studenti delle scuole elementari.

Lavora con il computer

Fare riferimento all'applicazione elettronica. Studia il materiale e completa i compiti.

Umano

Gli adattamenti comportamentali sono comportamenti riflessi innati e incondizionati. Le abilità innate esistono in tutti gli animali, compresi gli esseri umani. Un neonato può succhiare, deglutire e digerire il cibo, battere le palpebre e starnutire, reagire alla luce, al suono e al dolore. Questi sono esempi riflessi incondizionati. Tali forme di comportamento sono emerse nel processo di evoluzione come risultato dell'adattamento a determinate condizioni ambientali relativamente costanti. I riflessi incondizionati vengono ereditati, quindi tutti gli animali nascono con un complesso già pronto di tali riflessi.

Ogni riflesso incondizionato si manifesta a uno stimolo (rinforzo) rigorosamente definito: alcuni - al cibo, altri - al dolore, altri - all'aspetto nuova informazione ecc. Gli archi riflessi dei riflessi incondizionati sono costanti e passano attraverso il midollo spinale o il tronco cerebrale.

Una delle classificazioni più complete dei riflessi incondizionati è la classificazione proposta dall'accademico P. V. Simonov. Lo scienziato ha proposto di dividere tutti i riflessi incondizionati in tre gruppi, che differiscono per le caratteristiche dell'interazione degli individui tra loro e con l'ambiente. Riflessi vitali(dal lat. vita - vita) hanno lo scopo di preservare la vita dell'individuo. Il mancato rispetto di essi porta alla morte dell'individuo e l'attuazione non richiede la partecipazione di un altro individuo della stessa specie. Questo gruppo comprende riflessi su cibi e bevande, riflessi omeostatici (mantenere una temperatura corporea costante, frequenza respiratoria ottimale, frequenza cardiaca, ecc.), riflessi difensivi, che, a loro volta, si dividono in passivo-difensivi (fuggire, nascondersi) e difensivi attivi (attacco a un oggetto minaccioso) e alcuni altri.

Per zoosociale, o giochi di ruolo riflessi includono quelle varianti del comportamento innato che sorgono quando si interagisce con altri individui della loro specie. Questi sono riflessi sessuali, genitore-figlio, territoriali, gerarchici.

Il terzo gruppo è riflessi di autosviluppo. Non sono collegati all'adattamento a una situazione specifica, ma, per così dire, rivolti al futuro. Tra questi ci sono comportamenti esplorativi, imitativi e giocosi.

Gli adattamenti degli organismi al loro ambiente sono chiamati adattamenti. Gli adattamenti sono tutti i cambiamenti nella struttura e nelle funzioni degli organismi che aumentano le loro possibilità di sopravvivenza.

Sono noti due tipi di adattamento: genotipico e fenotipico.

Secondo la definizione della Great Medical Encyclopedia (BME): "... l'adattamento genotipico avviene come risultato della selezione di cellule con un certo genotipo che determina la resistenza". Questa definizione non è perfetta, poiché non riflette a quale tipo di resistenza al carico appartiene, poiché nella maggior parte dei casi, acquisendo alcuni vantaggi, gli organismi viventi ne perdono altri. Se, ad esempio, una pianta tollera bene i climi caldi e aridi, molto probabilmente non tollererà bene i climi freddi e umidi.

Per quanto riguarda l'adattamento fenotipico, attualmente non esiste una definizione rigida di questo termine.

Secondo la definizione BME, "... l'adattamento fenotipico si verifica come reazione protettiva all'azione di un fattore dannoso".

Per definizione, F.Z. Meyerson "L'adattamento fenotipico è un processo che si sviluppa nel corso di una vita individuale, a seguito del quale un organismo acquisisce una resistenza precedentemente assente a un determinato fattore ambientale e ottiene così l'opportunità di vivere in condizioni che prima erano incompatibili con la vita.. .".

La capacità di adattamento è una delle principali proprietà della vita in generale, poiché fornisce anche la possibilità stessa della sua esistenza, la capacità degli organismi di sopravvivere e riprodursi. Gli adattamenti si manifestano a diversi livelli: dalla biochimica delle cellule e dal comportamento dei singoli organismi alla struttura e al funzionamento delle comunità e dei sistemi ecologici. Gli adattamenti sorgono e si sviluppano nel corso dell'evoluzione delle specie.

Meccanismi di adattamento

I principali meccanismi di adattamento a livello dell'organismo:

1) biochimico - manifestato nei processi intracellulari, come un cambiamento nel lavoro degli enzimi o un cambiamento nella loro quantità;

2) fisiologico - ad esempio, aumento della sudorazione con l'aumento della temperatura in un certo numero di specie;

3) morfo-anatomico: caratteristiche della struttura e della forma del corpo associate allo stile di vita;

4) comportamentale - ad esempio, la ricerca di habitat favorevoli da parte degli animali, la creazione di tane, nidi, ecc.;

5) ontogenetico - accelerazione o decelerazione dello sviluppo individuale, contribuendo alla sopravvivenza in condizioni mutevoli.

Consideriamo questi meccanismi in modo più dettagliato.

meccanismi biochimici. Gli animali che vivono nella zona costiera (litorale) del mare sono ben adattati agli effetti di fattori ambientali avversi e, grazie a una serie di adattamenti, sono in grado di sopravvivere in condizioni di carenza di ossigeno. In particolare: hanno sviluppato ulteriori meccanismi per consumare ossigeno dall'ambiente; sono in grado di mantenere le risorse energetiche interne dell'organismo passando a vie metaboliche anaerobiche; riducono il loro tasso metabolico complessivo in risposta a basse concentrazioni di ossigeno in acqua di mare. Inoltre, il terzo metodo è considerato il principale e uno dei più importanti meccanismi di adattamento alla mancanza di ossigeno per molte specie. crostacei di mare. Durante periodi di siccità derivanti da cicli di marea, i bivalvi intertidali sono esposti ad anossia a breve termine e commutano il loro metabolismo su una via anaerobica. Di conseguenza, sono considerati tipici organismi anaerobici facoltativi. È noto che l'intensità del metabolismo nel Bivalvia marino durante l'anossia diminuisce di oltre 18 volte. Riducendo il tasso metabolico, l'ipossia/anossia influisce in modo significativo sulla crescita e su molte altre caratteristiche fisiologiche dei molluschi.

Durante l'evoluzione, i bivalvi marini hanno sviluppato una serie di adattamenti biochimici che consentono loro di sopravvivere agli effetti negativi dell'anossia a breve termine. A causa del modo di vivere allegato, gli adattamenti biochimici nei bivalvi sono più diversi e più pronunciati rispetto agli organismi a vita libera, che, prima di tutto, hanno sviluppato meccanismi comportamentali e fisiologici che consentono loro di evitare effetti ambientali negativi a breve termine.

Nei molluschi marini sono stati descritti diversi meccanismi per regolare il livello del metabolismo. Uno di questi è un cambiamento nella velocità delle reazioni glicolitiche. Ad esempio, Bivalvia è caratterizzato dalla regolazione allosterica dell'attività enzimatica in condizioni anossiche, durante le quali i metaboliti influenzano specifici loci enzimatici. Uno dei meccanismi importanti per ridurre la velocità del metabolismo totale è la fosforilazione proteica reversibile. Tali cambiamenti nella struttura delle proteine ​​causano modifiche significative nell'attività di molti enzimi e proteine ​​funzionali coinvolte in tutti i processi vitali del corpo. Ad esempio, in Littorea littorea, come nella maggior parte dei molluschi anossi-resistenti, la fosforilazione reversibile di alcuni enzimi glicolitici contribuisce al reindirizzamento del flusso di carbonio alla via anaerobica del metabolismo enzimatico, nonché alla soppressione della velocità della via glicolitica.

Nonostante una diminuzione del tasso metabolico sia un meccanismo quantitativamente favorevole che favorisce la sopravvivenza dei molluschi marini in condizioni anossiche, anche l'attivazione di vie metaboliche modificate gioca un ruolo importante nei processi di adattamento dei molluschi marini a basse concentrazioni di ossigeno in acqua di mare. Nel corso di queste reazioni, la resa di ATP aumenta significativamente e si formano prodotti finali non acidi e/o volatili, che a loro volta contribuiscono alla conservazione dell'omeostasi cellulare in condizioni anossiche.

Quindi, l'adattamento biochimico è spesso l'ultima risorsa a cui un organismo ricorre quando non ha modi comportamentali o fisiologici per evitare gli effetti negativi dell'ambiente.

Dal momento che l'adattamento biochimico non lo è modo semplice, è spesso più facile per gli organismi trovare un ambiente adatto tramite la migrazione che ricostruire la chimica della cellula. Nel caso dei molluschi bivalvi marini costieri attaccati, la migrazione verso condizioni ambientali favorevoli è impossibile; pertanto, hanno meccanismi di regolazione metabolica ben sviluppati che consentono loro di adattarsi alla zona costiera del mare in continua evoluzione, che è caratterizzata da drenaggi periodici.

Meccanismi fisiologici. L'adattamento termico è dovuto a una combinazione di specifici cambiamenti fisiologici. I principali tra questi sono l'aumento della sudorazione, la diminuzione della temperatura interna e della calotta e la diminuzione della frequenza cardiaca durante l'esercizio con l'esposizione a temperature elevate (Tabella 1).

Tabella 1. Cambiamenti fisiologici adattivi nell'uomo in condizioni di temperatura ambiente elevata

Meccanismi morfo-anatomici. Pertanto, la nota proteina ha una buona forma fisica morfologica e funzionale, che le consente di sopravvivere nel suo habitat. Le caratteristiche esterne adattative della struttura proteica includono quanto segue:

Artigli affilati e curvi che consentono di aggrapparsi bene, tenersi e muoversi lungo l'albero;

Forti e più lunghe delle zampe anteriori, posteriori, che consentono allo scoiattolo di fare grandi salti;

Una coda lunga e soffice che funge da paracadute da salto e la riscalda nel nido durante la stagione fredda;

Denti affilati e autoaffilanti che ti permettono di rosicchiare cibo duro;

Perdita di lana, che aiuta lo scoiattolo a stare al caldo in inverno e a sentirsi più leggero in estate, e fornisce anche un cambiamento nella colorazione mimetica.

Queste caratteristiche adattive consentono allo scoiattolo di muoversi facilmente tra gli alberi in tutte le direzioni, trovare cibo e mangiarlo, scappare dai nemici, fare un nido e allevare prole e rimanere un animale stabile, nonostante gli sbalzi di temperatura stagionali. Pertanto, viene eseguita la relazione delle proteine ​​​​con l'ambiente.

meccanismi comportamentali. Oltre agli esempi di attività di ricerca di habitat favorevoli, apprendimento, strategie di comportamento in una minaccia (lotta, fuga, dissolvenza), raggruppamento, motivazione costante dagli interessi della sopravvivenza e della procreazione, si può dare un altro esempio eclatante.

In condizioni naturali e sperimentali dell'ambiente acquatico, le specie di pesci sia marini che d'acqua dolce si orientano utilizzando elementi comportamentali. In questo caso, si verifica sia l'adattamento spaziale che temporale a vari fattori: temperatura, illuminazione, contenuto di ossigeno, velocità della corrente, ecc. Abbastanza spesso, nei pesci si osserva il fenomeno della scelta spontanea dell'uno o dell'altro fattore ambientale, ad esempio l'orientamento lungo il gradiente di temperatura dell'acqua. I meccanismi comportamentali dell'orientamento dei pesci in relazione al fattore di temperatura dell'ambiente sono spesso simili o leggermente diversi dalla reazione ad altri fattori.

meccanismi ontogenetici. I sistemi di adattamento ontogenetico sono la base che assicura la sopravvivenza e la riproduzione di successo di un numero sufficiente di individui in condizioni di habitat abituali per la popolazione. La loro conservazione è così importante per la sopravvivenza delle specie che nell'evoluzione è sorto un intero gruppo di sistemi genetici, progettati per fungere da barriera che protegge i sistemi di adattamento ontogenetico dagli effetti distruttivi di quei fattori evolutivi che un tempo contribuivano alla loro formazione.

Esistono le seguenti sottospecie di questo tipo di adattamento:

Adattamento genotipico - selezione di una maggiore adattabilità determinata ereditariamente (cambiamento del genotipo) a condizioni modificate (mutagenesi spontanea);

Adattamento fenotipico: con questa selezione, la variabilità è limitata dalla velocità di reazione determinata dal genotipo stabile.

Nei ditteri, per i quali, per la presenza di giganteschi cromosomi politenici delle ghiandole salivari, è possibile rivelare una fine struttura lineare dei cromosomi, si trovano spesso interi complessi di specie gemelle, costituiti da numerosi, quasi morfologicamente indistinguibili, strettamente imparentati specie. Per altre specie zoologiche che non hanno cromosomi politenici, una diagnosi citologica così fine è difficile, ma anche per loro, su arcipelaghi isolati, si possono spesso osservare interi gruppi di specie strettamente imparentate, chiaramente di origine recente, fortemente divergenti da una comune terraferma antenato. Esempi classici sono le fioraie hawaiane, i fringuelli di Darwin delle Isole Galapagos, le lucertole e le lumache delle Isole Salomone e molti altri gruppi di specie endemiche. Tutto ciò indica la possibilità di molteplici atti di speciazione associati a singoli episodi di colonizzazione e una diffusa radiazione adattativa, il cui meccanismo scatenante era la destabilizzazione di un genoma precedentemente stabile e ben integrato.

Nel processo di evoluzione, come risultato della selezione naturale e della lotta per l'esistenza, sorgono adattamenti (adattamenti) degli organismi a determinate condizioni di vita. L'evoluzione stessa è essenzialmente un processo continuo di formazione di adattamenti, che avviene secondo il seguente schema: intensità riproduttiva -> lotta per l'esistenza -> morte selettiva -> selezione naturale-> forma fisica.

Gli adattamenti influenzano diversi aspetti dei processi vitali degli organismi e quindi possono essere di diversi tipi.

Adattamenti morfologici

Sono associati a un cambiamento nella struttura del corpo. Ad esempio, la comparsa di membrane tra le dita negli uccelli acquatici (anfibi, uccelli, ecc.), un pelo spesso nei mammiferi del nord, gambe lunghe e un collo lungo negli uccelli di palude, un corpo flessibile nei predatori scavatori (ad esempio nelle donnole ), ecc. Negli animali a sangue caldo, quando ci si sposta verso nord, si nota un aumento della dimensione corporea media (regola di Bergmann), che riduce la superficie relativa e il trasferimento di calore. Nel pesce di fondo si forma un corpo piatto (razze, passera, ecc.). Le piante delle latitudini settentrionali e delle regioni di alta montagna hanno spesso forme striscianti ea forma di cuscino, meno danneggiate dai forti venti e meglio riscaldate dal sole nello strato di terreno.

Colorazione protettiva

La colorazione protettiva è molto importante per le specie animali che non hanno mezzi efficaci protezione dai predatori. Grazie a lei, gli animali diventano meno visibili a terra. Ad esempio, le femmine di uccelli che covano le uova sono quasi indistinguibili dallo sfondo dell'area. Anche le uova di uccelli sono colorate per abbinarsi al colore dell'area. I pesci di fondo, la maggior parte degli insetti e molte altre specie animali hanno una colorazione protettiva. Al nord è più comune la colorazione bianca o chiara, che aiuta a mimetizzarsi nella neve (orsi polari, gufi polari, volpi artiche, cuccioli di pinnipedi - cuccioli bianchi, ecc.). Alcuni animali hanno sviluppato una colorazione formata dall'alternanza di strisce o macchie chiare e scure, che li rende meno evidenti nei cespugli e nei fitti boschetti (tigri, giovani cinghiali, zebre, cervi maculati, ecc.). Alcuni animali sono in grado di cambiare colore molto rapidamente a seconda delle condizioni (camaleonti, polpi, passere, ecc.).

Travestimento

L'essenza del travestimento è che la forma del corpo e il suo colore fanno sembrare gli animali come foglie, nodi, rami, cortecce o spine di piante. Si trova spesso negli insetti che vivono sulle piante.

Avvertimento o colorazione minacciosa

Alcuni tipi di insetti che hanno ghiandole velenose o odorose hanno un colore di avvertimento brillante. Pertanto, i predatori che una volta li hanno incontrati ricordano a lungo questo colore e non attaccano più tali insetti (ad esempio vespe, bombi, coccinelle, coleotteri del Colorado e molti altri).

Mimica

Il mimetismo è la colorazione e la forma del corpo di animali innocui che imita le loro controparti velenose. Ad esempio, alcuni serpenti non velenosi sembrano velenosi. Cicale e grilli assomigliano a grandi formiche. Alcune farfalle hanno grandi macchie sulle ali che ricordano gli occhi dei predatori.

Adattamenti fisiologici

Questo tipo di adattamento è associato alla ristrutturazione del metabolismo negli organismi. Ad esempio, l'emergere del sangue caldo e della termoregolazione negli uccelli e nei mammiferi. Nei casi più semplici, si tratta di un adattamento a determinate forme di cibo, alla composizione salina dell'ambiente, alle alte o basse temperature, all'umidità o alla secchezza del suolo e dell'aria, ecc.

Adattamenti biochimici

Questo tipo di adattamento è associato alla formazione di determinate sostanze che facilitano la difesa contro i nemici o gli attacchi ad altri organismi. Ciò include i veleni di serpenti, scorpioni, ragni e alcuni altri animali, che rendono più facile la loro caccia; antibiotici di funghi e batteri che li proteggano dai concorrenti; tossine vegetali che impediscono loro di essere mangiati; sostanze odorose di cimici e alcuni altri insetti che respingono i nemici, ecc. Ciò include anche la formazione di enzimi che distruggono i pesticidi e i farmaci usati dall'uomo e portano alla comparsa di forme di batteri, funghi e altri organismi resistenti a queste sostanze. Gli adattamenti biochimici includono anche la speciale struttura di proteine ​​e lipidi in termofili (resistenti alle alte temperature) e psicrofili (amante del freddo), che consente agli organismi di esistere nelle sorgenti termali, nei suoli vulcanici o in condizioni di permafrost.

Adattamenti comportamentali

Questo tipo di adattamento è associato a un cambiamento nel comportamento in determinate condizioni. Ad esempio, prendersi cura della prole porta a una migliore sopravvivenza dei giovani animali e aumenta la resilienza delle loro popolazioni. Durante la stagione degli amori, molti animali formano famiglie separate e in inverno si uniscono in stormi, il che ne facilita il cibo o la protezione (lupi, molte specie di uccelli).

Adattamenti a fattori ambientali periodici

Si tratta di adattamenti a fattori ambientali che hanno una certa periodicità nella loro manifestazione. Rientrano in questa specie l'alternanza giornaliera di periodi di attività e di riposo, gli stati di anabiosi parziale o totale (caduta delle foglie, diapause invernali o estive degli animali, ecc.), le migrazioni animali causate dai cambi di stagione, ecc.

Adattamenti a condizioni di vita estreme

Anche le piante e gli animali che vivono nei deserti e nelle regioni polari acquisiscono una serie di adattamenti specifici. Nei cactus, le foglie si sono evolute in spine (per ridurre l'evaporazione e proteggersi dall'essere mangiate dagli animali) e lo stelo si è evoluto in un organo fotosintetico e serbatoio. Le piante del deserto hanno un lungo apparato radicale che consente loro di estrarre l'acqua da grandi profondità. Le lucertole del deserto possono sopravvivere senza acqua mangiando insetti e ottenendo acqua idrolizzando i loro grassi. Negli animali del nord, oltre alla folta pelliccia, c'è anche una grande scorta di grasso sottocutaneo, che riduce il raffreddamento del corpo.

Natura relativa degli adattamenti

Tutti gli adattamenti sono utili solo per determinate condizioni in cui si sono sviluppati. Quando queste condizioni cambiano, gli adattamenti possono perdere il loro valore o addirittura danneggiare gli organismi che li hanno. Il colore bianco delle lepri, che le protegge bene nella neve, diventa pericoloso durante gli inverni con poca neve o forte disgelo.

La natura relativa degli adattamenti è ben dimostrata anche dai dati paleontologici, che testimoniano l'estinzione di grandi gruppi di animali e piante che non sono sopravvissuti al cambiamento delle condizioni di vita.

Adattamento- si tratta di un adattamento del corpo alle condizioni ambientali dovuto a un complesso di caratteristiche morfologiche, fisiologiche e comportamentali.

Diversi organismi si adattano a diverse condizioni ambientali e, di conseguenza, amano l'umidità idrofite e "portatori di secche" - xerofite(Fig. 6); piante di terreno salino alofite; piante tolleranti all'ombra sciofiti), e che richiedono sviluppo normale completare luce del sole (eliofite); gli animali che vivono nei deserti, nelle steppe, nelle foreste o nelle paludi sono notturni o diurni. Vengono chiamati gruppi di specie con un atteggiamento simile alle condizioni ambientali (cioè che vivono negli stessi ecotopi). gruppi ambientalisti.

La capacità di adattarsi a condizioni avverse in piante e animali differisce. A causa del fatto che gli animali sono mobili, i loro adattamenti sono più diversi di quelli delle piante. Gli animali possono:

- per evitare condizioni avverse (uccelli dalla fame invernale e dal freddo volano verso climi più caldi, cervi e altri ungulati vagano in cerca di cibo, ecc.);

- cadere nell'animazione sospesa - uno stato temporaneo in cui i processi vitali sono così rallentati che le loro manifestazioni visibili sono quasi completamente assenti (stupore degli insetti, letargo dei vertebrati, ecc.);

- adattarsi alla vita in condizioni avverse (vengono salvati dal gelo dal mantello e Grasso sottocutaneo, gli animali del deserto hanno dispositivi per un uso economico dell'acqua e del raffreddamento, ecc.). (Fig. 7).

Le piante sono inattive e conducono uno stile di vita attaccato. Pertanto, per loro sono possibili solo le ultime due varianti di adattamenti. Pertanto, le piante sono caratterizzate da una diminuzione dell'intensità dei processi vitali durante periodi sfavorevoli: perdono le foglie, svernano sotto forma di organi dormienti sepolti nel terreno - bulbi, rizomi, tuberi e rimangono nello stato di semi e spore nel terreno. Nelle briofite, l'intera pianta ha la capacità di anabiosi, che, allo stato secco, può persistere per diversi anni.

La resistenza delle piante a fattori avversi aumenta a causa di speciali meccanismi fisiologici: cambiamenti nella pressione osmotica nelle cellule, regolazione dell'intensità di evaporazione con l'aiuto di stomi, uso di membrane "filtranti" per l'assorbimento selettivo di sostanze, ecc.

Gli adattamenti in diversi organismi sono sviluppati con velocità diversa. Si verificano più rapidamente negli insetti che possono adattarsi all'azione di un nuovo insetticida in 10-20 generazioni, il che spiega il fallimento del controllo chimico della densità della popolazione di insetti nocivi. Il processo di sviluppo degli adattamenti nelle piante o negli uccelli avviene lentamente, nel corso dei secoli.

I cambiamenti osservati nel comportamento degli organismi sono solitamente associati a tratti nascosti che avevano, per così dire, "in riserva", ma sotto l'influenza di nuovi fattori, sono apparsi e hanno aumentato la resistenza delle specie. Tali caratteristiche nascoste spiegano la resistenza di alcune specie arboree all'azione dell'inquinamento industriale (pioppo, larice, salice) e di alcune specie infestanti all'azione degli erbicidi.

La composizione dello stesso gruppo ecologico comprende spesso organismi non simili tra loro. Ciò è dovuto al fatto che diversi tipi di organismi possono adattarsi allo stesso fattore ambientale in modi diversi.

Ad esempio, sperimentano il freddo in modo diverso a sangue caldo(sono chiamati Endotermico, dalle parole greche endon - dentro e terme - calore) e a sangue freddo (ectotermico, dal greco ectos - esterno) organismi. (Fig. 8.)

La temperatura corporea degli organismi endotermici non dipende dalla temperatura ambiente ed è sempre più o meno costante, le sue fluttuazioni non superano i 2–4 forti gelate e il calore più intenso. Questi animali (uccelli e mammiferi) mantengono la loro temperatura corporea grazie alla produzione interna di calore basata su un metabolismo intensivo. Mantengono il calore corporeo a scapito di calde “pellicce” fatte di piume, lana, ecc.

Gli adattamenti fisiologici e morfologici sono integrati dal comportamento adattivo (selezione di luoghi protetti dal vento per l'alloggio notturno, costruzione di tane e nidi, pernottamenti di gruppo con roditori, gruppi ravvicinati di pinguini che si scaldano a vicenda, ecc.). Se la temperatura ambiente è molto alta, gli organismi endotermici vengono raffreddati grazie a dispositivi speciali, ad esempio mediante evaporazione dell'umidità dalla superficie delle mucose della cavità orale e della parte superiore vie respiratorie. (Per questo, con il caldo, il respiro del cane accelera e tira fuori la lingua.)

La temperatura corporea e la mobilità degli animali ectotermici dipendono dalla temperatura ambiente. Insetti e lucertole diventano letargici e inattivi con tempo fresco. Allo stesso tempo, molte specie animali hanno la capacità di scegliere un luogo con condizioni favorevoli per temperatura, umidità e luce solare (le lucertole si crogiolano su lastre di roccia illuminate).

Tuttavia, l'ectotermia assoluta si osserva solo in organismi molto piccoli. La maggior parte degli organismi a sangue freddo è ancora in grado di regolare in modo insufficiente la temperatura corporea. Ad esempio, negli insetti che volano attivamente - farfalle, bombi, la temperatura corporea viene mantenuta a 36–40 ° C anche a temperature dell'aria inferiori a 10 ° C.

Allo stesso modo, le specie dello stesso gruppo ecologico nelle piante differiscono nel loro aspetto. Possono anche adattarsi alle stesse condizioni ambientali in modi diversi. Quindi, diversi tipi di xerofiti risparmiano acqua in modi diversi: alcuni hanno membrane cellulari spesse, altri hanno pubescenza o un rivestimento di cera sulle foglie. Alcune xerofite (ad esempio della famiglia delle labiaceae) emettono coppie oli essenziali, che li avvolgono come una "coperta", che riduce l'evaporazione. L'apparato radicale di alcune xerofite è potente, penetra nel terreno fino a una profondità di diversi metri e raggiunge il livello acque sotterranee(spina di cammello), in altri - superficiale, ma altamente ramificato, che consente di raccogliere l'acqua di precipitazione.

Tra le xerofite ci sono arbusti con foglie molto piccole e dure che possono essere sparpagliate nella stagione più secca (arbusto di caragana nella steppa, arbusti del deserto), erbe da tappeto erboso con foglie strette (graminacee, festuca), succulente(dal latino succulentus - succoso). Le piante grasse hanno foglie o steli succulenti che immagazzinano acqua e tollerano facilmente alte temperature aria. Le piante grasse includono cactus e saxaul americani che crescono nei deserti dell'Asia centrale. Hanno un tipo speciale di fotosintesi: gli stomi si aprono per poco tempo e solo di notte, durante queste ore fresche, le piante immagazzinano anidride carbonica, e durante il giorno la usano per la fotosintesi con stomi chiusi. (Fig. 9.)

Nelle alofite si osserva anche una varietà di adattamenti per sopravvivere a condizioni sfavorevoli su terreni salini. Tra di loro ci sono piante che sono in grado di accumulare sali nei loro corpi (soleros, swede, sarsazan), secernono sali in eccesso sulla superficie delle foglie con ghiandole speciali (kermek, tamariks), "mantengono" i sali dai loro tessuti a causa di la “barriera delle radici” impermeabile ai sali” (assenzio). In quest'ultimo caso le piante devono accontentarsi di una piccola quantità d'acqua e hanno l'aspetto di xerofite.

Per questo non c'è da stupirsi che nelle stesse condizioni ci siano piante e animali diversi tra loro, che si sono adattati a queste condizioni in modi diversi.

domande di prova

1. Che cos'è l'adattamento?

2. A causa di quali animali e piante possono adattarsi a condizioni ambientali avverse?

2. Fornire esempi di gruppi ecologici di piante e animali.

3. Parlaci dei diversi adattamenti degli organismi all'esperienza delle stesse condizioni ambientali avverse.

4. Qual è la differenza tra gli adattamenti alle basse temperature negli animali endotermici ed ectotermici?