§ 3. Стратегії адаптування

Організми обирають одну з трьох стратегій адаптування

Потрапляючи в «незвичні» для себе умови, організми певного виду починають виробляти нові адаптації чи покращувати вже існуючі, формуючи постадаптації. Учені виокремлюють три стратегії адаптування живих організмів.

Стратегія активного адаптування передбачає вироблення в організмів адаптацій, що протидіють новим умовам середовища. Ця стратегія властива утворенню більшості адаптацій. Таким шляхом, до прикладу, адаптувалися сукуленти — збірна група рослин, що здатні накопичувати воду в спеціальних тканинах (кактуси, молочаї, алое тощо). Сукуленти ростуть у спекотних і посушливих регіонах, тому виробили значну кількість адаптацій до таких умов (рис. 3.1). Завдяки товстій воскоподібній кутикулі та незначній кількості продихів зменшується втрата води через випаровування. Ба більше, продихи відкриваються лише вночі, коли прохолодно. Розвинена коренева система ефективно поглинає воду з поверхневого шару ґрунту одразу після дощу, доки та не встигла випаруватися, або, навпаки, заглиблюється аж до підземних водоносних шарів. Листки й стебло є м'ясистими, заповненими водянистими клітинами, що накопичують рідину. Отже, завдяки стратегії активного адаптування організми підвищують здатність до опору неоптимальним умовам середовища й забезпечують свою життєдіяльність за їхній рахунок.

Стратегія пасивного адаптування полягає в підкоренні життя організму умовам середовища. Наприклад, окремі тварини впадають у сплячку в періоди нестачі харчів (ведмідь, їжак, тушканчик). Лишайники чи деякі нематоди здатні переживати відсутність вологи, впадаючи в анабіоз, коли в організмі майже повністю припиняються процеси життєдіяльності. Листопадні рослини на зиму скидають листя, щоб не засохнути й витримати вагу снігу на гілках. Тобто за пасивної стратегії організм ніби «переживає» негативний вплив середовища.

Рис. 3.1. Активні пристосування до посухи в сукулентів

А. Поверхня стебла кактуса-опунції з продихами. Б. Більшість кактусів має приповерхневу кореневу систему, що швидко всмоктує вологу роси, туману чи дощу. В. Листок алое заповнений водянистими клітинами.

Рис. 3.2. Організми, що адаптувалися за стратегією уникнення несприятливих умов

А. Бурачок пустельний. Б. Зірочник середній (мокрець). В. Гусячий ключ.

І, зрештою, стратегія уникнення несприятливих умов призводить до вироблення в організмів такої поведінки чи особливостей життєвого циклу, що дозволяють не потрапляти в небажані умови. Так степові й пустельні рослини-ефемери1 проростають, відцвітають та гинуть у найсприятливішу для цього пору року (зазвичай навесні), коли в ґрунті є достатня кількість вологи (рис. 3.2, А, Б). У такий спосіб вони уникають літньої спеки й посухи. Завдяки цій же стратегії в перелітних птахів сформувалася адаптація покидати рідні краї перед настанням холодів (рис. 3.2, В).

Завдяки коадаптації органи ефективно співпрацюють

Для набуття організмом адаптації за будовою чи функціонуванням зазвичай потрібна зміна не одного органу, а одразу кількох. Наприклад, видовження шиї жирафи в процесі адаптування до поїдання високо розташованих листків потребувало не лише видовження хребців шийного відділу хребта, але й видовження судин і нервів (рис. 3.3). Ба більше, тепер для піднімання крові високо вгору до мозку (довжина шиї жирафи сягає 2 м) серце й судини повинні створювати більший тиск. А це означає, що і їхня будова теж має змінитися. Таке взаємне пристосування органів і їх частин для забезпечення життєдіяльності в нових умовах середовища називають коадаптацією.

Схожі приклади взаємопристосування органів можна знайти в багатьох організмів (рис. 3.4). У птахів для польоту розвинулися потужні грудні м'язи, що кріпляться до особливого виросту грудини — кіля.

1 Від грец. efemeros — одноденний.

Рис. 3.3. Особливості анатомії жирафи

А. Шийні хребці жирафи мають значно більшу висоту (до 30 см) порівняно з хребцями людини (2-3 см). Б. Серце жирафи важить близько 11 кг, має довжину до 60 см, скорочується 150 разів на хвилину й створює артеріальний тиск у два рази вищий за людський.

Рис. 3.4. Приклади коадаптацій

А. М'язи крил (червоним) для свого кріплення потребували розвитку великої поверхні грудини — кіля (синім). Б. Яскраві квіти каштана зібрані в суцвіття — китицю. В. М'язи-замикачі коадаптувалися зі стулками мушлі для ефективного захисту від хижаків.

У більшості трав'янистих рослин для приваблення комах квіти стали яскравими й пахучими, а також зібралися в суцвіття. У двостулкових молюсків одночасно з появою мушлі сформувалися м'язи-замикачі, що не дають змоги хижакові розкрити стулки.

Міжвидові коадаптації розвиваються в процесі коеволюції

Коадаптуватися можуть не лише органи, але й види, що входять до складу однієї екосистеми. За появи певної адаптивної зміни в популяції одного виду для популяції іншого, пов'язаного виду змінюються умови існування, тому він намагатиметься пристосуватися. Наприклад, для того, щоб запилювачі переносили пилок з однієї рослини на другу, у квітках з'явилися нектарники зі смачним наповненням і привабливим ароматом. Спеціалізуючись до запилення певним видом (або видами) комах чи птахів, квіти змінювали форму. У відповідь і запилювачі змінювали свою будову (рис. 3.5). Таким чином відбувалася коеволюція (спряжена еволюція) — процес формування коадаптацій, коли кілька видів здійснюють взаємний вплив на еволюцію одне одного. При цьому види, що взаємодіють у екосистемі, спрямовують природний добір у напрямку виживання й розмноження особин, найкраще пристосованих саме до співіснування.

Рис. 3.5. Коадаптація до запилення

А. Тягнучись язиком до нектару на дні квітки, кажан притискається лобом до пиляків і приймочки маточки квітки, що сприяє перенесенню її пилку. Б. Дзьоби колібрі відповідають формам квіток, нектаром яких вони харчуються.

Рис. 3.6. Коеволюція як «перегони озброєнь»

А. Забарвлення яєць зозулі (правий стовпчик) подібне до забарвлення яєць тих птахів, у чиї гнізда вона підкидає яйця (лівий стовпчик). Б. Природний добір добирає тих газелей, які бігають найшвидше, унаслідок чого переважно виживають найстрімкіші леопарди. В. Завдяки особливій будові слизової оболонки губ і рота верблюди пристосувалися до поїдання навіть кактусів із великими колючками.

Схожі процеси коеволюції відбуваються не тільки між видами, яким це взаємовигідно (квітковим рослинам потрібно, щоб їх ефективно запилювали, відповідно запилювачі отримують за це поживний нектар), але й між паразитами та хазяями, хижаками та жертвами (рис. 3.6). У такому разі хазяї й жертви, намагаючись захиститися від паразитів і хижаків (чи тих, хто їх поїдає), виробляють адаптації, до яких згодом пристосовуються нащадки паразитів і хижаків, і починається нове коло коадаптацій. Така постійна коеволюція нагадує «перегони озброєнь» й отримала назву принципу Чорної Королеви1: вид змушений постійно адаптуватися до змін, що виникають у середовищі, яке еволюціонує паралельно з ним.

Адаптивна радіація породжує різноманіття споріднених видів

Унаслідок адаптування зовнішній вигляд, фізіологічні процеси чи поведінка організмів стають іншими через накопичені зміни спадкового матеріалу. Отже, організми з новими адаптаціями відрізнятимуться від предкових виглядом, процесами життєдіяльності, діями, геномом тощо2. Тобто вони належатимуть новому, відмінному від початкового, біологічному видові.

1 Назва принципу має витоки у творі Льюїса Керрола «Аліса в Задзеркаллі», де Чорна Королева говорила: «...у нас, як бачиш, біжиш мов ошпарений, аби тільки втриматися на місці».

2 Риси подібності організмів одного виду називають критеріями виду. За цими критеріями всі особини одного виду є схожими.

Якщо вихідний вид (чи група видів) потрапляє до середовища із різноманітними умовами (наприклад, із різним типом їжі чи рельєфом), то до будь-якого набору умов він адаптуватиметься інакше. А це означає, що в кожному з них виникне власний новий вид зі своїм набором адаптацій. Такий процес швидкого утворення різноманітних за пристосуваннями споріднених видів унаслідок адаптації до різних за набором умов середовищ має назву адаптивна радіація1.

Завдяки адаптивній радіації швидко утворюються нові групи видів

Адаптивна радіація відбувається досить швидко за еволюційними мірками (тисячі — мільйони років) й лише за наявності різноманіття умов середовища. Яскравим прикладом адаптивної радіації є розвиток плацентарних ссавців (рис. 3.7, А). Перші їхні представники з'явилися близько 160 млн років тому, але аж до 66 млн років тому були представлені незначною кількістю видів. Річ у тім, що у фауні Мезозойської ери домінували динозаври та їхні родичі. Після їх вимирання наприкінці Крейдяного періоду розпочалася адаптивна радіація плацентарних ссавців, які освоїли всі куточки середовищ із різноманітними умовами, які до того були зайняті рептиліями. Такі ж масштабні радіації спостерігалися й після появи фотосинтезувальних прокаріотів, виходу рослин на суходіл, появи комах тощо.

Швидші й менші за масштабом адаптивні радіації відбувалися під час заселення спорідненими групами організмів нових ізольованих місцевостей. Гарним прикладом такого розвитку є Дарвінові в'юрки2 — група горобцеподібних птахів, що населяють острови Галапагоського архіпелагу (рис. 3.7, Б). Предок в'юрків заселив острови архіпелагу приблизно 3 млн років тому. Далі в процесі адаптування до різного типу їжі змінилася форма дзьоба птахів: у тих, що розколюють насіння, дзьоб став широким, у тих, що ловлять комах — коротким і загостреним на кінці, а в тих, що поїдають пилок і нектар квіток кактусів — довгим.

Іншим цікавим прикладом є адаптивна радіація цихлід озера Вікторія (рис. 3.7, В). Це озеро, розташоване між Танзанією, Угандою й Кенією, є найбільшим у Африці, й у ньому мешкають понад 500 видів риб цихлід. Така велика площа озера забезпечила значне різноманіття умов уздовж берегової лінії, на дні й на різній глибині. Завдяки цьому різноманіттю умов і слабкій конкуренції з боку інших видів риб, адаптивна радіація цихлід мала вибуховий характер, і більшість сучасних видів утворилася лише протягом останніх 15 тисяч років! Основним напрямком адаптивної радіації риб, подібно до галапагоських в'юрків, було пристосування до різних типів їжі. Нині у фауні озера виокремлюють 16 різних груп цихлід, що відрізняються харчовими вподобаннями: хтось обгризає водорості з каміння, хтось харчується зоопланктоном, комусь до вподоби молюски, комусь комахи чи креветки, а хтось полює на інших риб, їхню ікру чи просто обгризає луску жертв. Цікаво те, що цихліди поширені в озері нерівномірно й існують відокремлені прибережні екосистеми, де різноманіття видів дуже велике. Зазвичай цихліди з однієї екосистеми не перепливають до сусідньої, що фактично створює «острови життя» в озері, еволюція в яких відбувається незалежно від еволюції в інших.

1 Від лат. radiatio — випромінювання.

2 Насправді, ці птахи належать до родини Танагрові (Thraupidae), а не родини В’юркові (Fringillidae). Тобто, по суті, вони не є в’юрками.

Адаптивна радіація характерна і для рослин. Яскравим її прикладом є поява рослин групи срібних мечів1, що ростуть на високогір'ї Гавайських островів (рис. 3.7, Г). Усі 50 видів цих рослин походять від одного материкового предка й виникли протягом останніх 5,2 млн років. Через значне різноманіття умов на високогір'ї срібним мечам характерні навіть різні життєві форми: серед них є різного виду трави, кущі, ліани й дерева. Таким чином, адаптивна радіація притаманна організмам різних систематичних груп.

Рис. 3.7. Адаптивна радіація

А. Плацентарні ссавці. Б. Галапагоські в'юрки. В. Цихліди озера Вікторія. Г. Срібні мечі Гавайських островів.

1 Ці рослини названі так через сріблястий колір, гострий край і форму своїх листків.

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Акули здатні відчувати наявність крові у воді на відстані в кілька кілометрів. Ця риса виникла завдяки

• А стратегії активного адаптування
• Б стратегії пасивного адаптування
• В стратегії уникнення несприятливих умов
• Г коеволюції

• 2. На графіку зображено зміну пристосувального значення ознаки для двох видів із часом. Який процес ілюструє графік?

• А дрейф генів
• Б коеволюцію
• В адаптування шляхом уникнення несприятливих умов
• Г адаптивну радіацію двох видів

• 3. Заповніть пропуски в реченні.

Необхідною умовою (1) є взаємодія видів у межах однієї (2).

• А 1 - коадаптації, 2 - популяції
• Б 1 - коеволюції, 2 - екосистеми
• В 1 - преадаптації, 2 - популяції
• Г 1 - адаптації, 2 - екосистеми

• 4. Зазначте НЕправильне твердження щодо адаптивної радіації.

• А характерна лише багатоклітинним організмам
• Б триває тисячі - мільйони років
• В утворені види споріднені між собою
• Г відбувається в середовищі з різними комбінаціями умов

• 5. Увідповідніть стратегію адаптування та її приклад.

• 1 активне адаптування
• 2 активне адаптування
• 3 адаптування уникненням несприятливих умов
• А відмирання бактерій під час стерилізації за високих температур
• Б утворення хобота в слона
• В перехід узимку дощових червів у малоактивний стан
• Г міграція метеликів данаїд на південь восени

У житті все просто

• 6. Як проявляється принцип Чорної Королеви в економічній конкуренції виробників подібних товарів? Проілюструйте це за допомогою розвитку галузі мобільних телефонів.

• 7. На рисунку 3.7, Б визначте тип харчування різних в'юрків. Які коадаптації до форми дзьоба могли виникнути в птахів із різною харчовою базою?

• 8. Чому локальна адаптивна радіація відбувається лише у відносно ізольованих місцевостях? Чому вона неможлива там, де є щільний контакт із подібними, більш розвиненими екосистемами?

У житті не все просто

• 9. У яких галузях людського життя можна простежити «адаптивну радіацію»? Чи є якісь принципові відмінності між цими процесами й біологічною адаптивною радіацією?

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Біологія і екологія 11 клас Шаламов, Каліберда, Носов (рівень стандарту)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)