Генетичні основи формування адаптацій. Ви вже знаєте, що кожній групі організмів притаманний свій адаптивний потенціал, який визначається набором спадкової інформації - геномом. У свою чергу, спадкова інформація реалізується під контролем зовнішнього середовища.

Адаптації можуть виникати лише за певних передумов. Це стверджує правило відповідності умов середовища мешкання генетичній визначеності організму: будь-який вид організмів може існувати доти і настільки, наскільки особливості довкілля відповідатимуть генетичним можливостям пристосування цього виду до змін і коливань умов середовища.

Ви вже знаєте, що за певних умов одні гени можуть ставати неактивними, а інші - активуються. Реалізація спадкової інформації прямо залежить від умов середовища мешкання. Тому один і той самий генотип здатний визначати різні варіанти фенотипу, залежно від того, у яких умовах реалізується спадкова інформація особини (мал. 3.1).

Мал. 3.1. Представникові родини Вовчі - песцю, мешканцю Заполяр’я, властивий сезонний диморфізм у забарвленні хутра: під час осіннього линяння воно стає білим (1), що робить тварину менш помітною на тлі снігу. Під час весняного линяння хутро набуває бурих відтінків (2). Один з провідних чинників, які визначають колір хутра під час линяння, - це температура повітря

Спадковий матеріал організмів визначає не так саму ознаку, як межі, у яких вона може варіювати. Це явище називають нормою реакції. Що ширша норма реакції для певних ознак, то більше шансів адаптуватися до нових умов мешкання. Широка норма реакції дає змогу мешкати в мінливих умовах довкілля. Більшість ознак, які визначають адаптації організмів до умов існування, - це ознаки із широкою нормою реакції.

Поява нової адаптації є наслідком виникнення нових мутацій (мутаційна мінливість) або появи нових комбінацій мутантних алелів, що виникли раніше (комбінативна мінливість). Якщо мутація виявляється нейтральною (за певних умов, можливо, і корисною), то така особина здатна вижити й передати свій спадковий матеріал нащадкам. Згодом такий мутантний алель має шанс поширитися серед особин популяції, і його концентрація в генофонді зростатиме. Через певний час адаптація окремих особин може перетворитися на адаптацію, притаманну всім особинам популяції. Наприклад, у коників або богомолів протягом року весняно-літнє зелене забарвлення тіла змінюється на літньо-осіннє коричневе (мал. 3.2). Така зміна забарвлення комах пов’язана зі змінами забарвлення рослинності. Це приклад захисного забарвлення, яке робить тварин менш помітними на тлі довкілля. У разі можливості обміну спадковим матеріалом між особинами різних популяцій певного виду нова ознака, притаманна певній популяції, може згодом закріпитися на видовому рівні.

Мал. 3.2. Зміна забарвлення тіла богомола звичайного протягом весняно-осіннього періоду - адаптація до зміни забарвлення рослин, на яких він трапляється. Такі зміни забарвлення цих комах регулює особливий нейрогормон, який виробляють нейросекреторні клітини головного мозку

Значення преадаптацій у процесі формування адаптацій. Адаптації часто формуються на базі преадаптацій — властивостей або пристосувань організмів певного виду, що потенційно можуть мати адаптивну цінність. Концепція преадаптації полягає в тому, що багато органів та адаптацій сформувалися, первинно виконуючи інші функції, ніж на кінцевій стадії свого розвитку. У певний момент орган починає виконувати додаткову функцію, яка виявляється важливішою для організму, ніж початкова. Наприклад, перехід хребетних тварин з водойм до існування на суходолі був пов’язаний з певними преадаптаціями. Зокрема, скелет грудних плавців у риб посилився появою скелета їхніх поясів (мал. 3.3). Завдяки цьому згодом сформувалися парні кінцівки наземних тварин.

Еволюційний момент, коли орган набуває нової функції і починає виконувати нову адаптивну роль, називають преадаптаційним порогом. Орган, який змінився в процесі еволюції в новому напрямі, може втратити колишню функцію. Наприклад, нова функція передньої зябрової дуги риб - функція щелеп - виявилася такою важливою, що попередню функцію (участь у дихальних рухах) згодом було втрачено (мал. 3.4).

Термін «преадаптація» запропонував 1911 р. французький учений Люсьєн Кено (1866-1951). Під преадаптаціями він розумів такі особливості організмів, які виникають випадково (тобто внаслідок мутацій), але в подальшому набувають пристосувальної цінності. Але преадаптивний стан організму (або окремого органа) виникає не як безпосередній результат випадкових мутацій, а на основі попередньої пристосувальної еволюції.

Завдання. Стійкості рослин до забрудненості повітря певною мірою сприяють структури, які забезпечують підвищення їхньої посухостійкості (наприклад, кутикула, що вкриває поверхню листка). Поміркуйте, як це можна враховувати, зокрема, при підборі видів для озеленення міст з високим рівнем розвитку промисловості й інтенсивним рухом транспорту. Запропонуйте свій варіант таких рослин.