Это оптимальные пропорции тела, расположение и густота волосяного или перьевого покрова и т.п. Хорошо известен облик водного млекопитающего – дельфина. Его движения легки и точны. Самостоятельная скорость движения в воде достигает 40 километров в час. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Торпедовидная форма тела позволяет избежать образования завихрений потоков воды, обтекающих дельфина.
Обтекаемая форма тела способствует быстрому передвижению животных и в воздушной среде. Маховые и контурные перья, покрывающие тело птицы, полностью сглаживают его форму. Птицы лишены выступающих ушных раковин, в полёте они обычно втягивают ноги. В результате птицы по скорости передвижения намного превосходят всех других животных. Например, сокол сапсан пикирует на свою жертву со скоростью до 290 километров в час.
У животных, ведущих скрытный, затаивающийся образ жизни, полезным оказываются приспособления, придающие им сходство с предметами окружающей среды. Причудливая форма тела у рыб, обитающих в зарослях водорослей (морской конёк-тряпичник, рыба-клоун, морская игла и др.), помогает им успешно скрываться от врагов. Сходство с предметами среды обитания широко распространено у насекомых. Известны жуки, своим внешним видом напоминающие лишайники, цикады, сходные с шипами тех кустарников, среди которых они живут. Насекомые палочники похожи на небольшую
бурую или зелёную веточку, а прямокрылые насекомые имитируют лист. Плоское тело имеют рыбы, ведущие придонный образ жизни (напр., камбала).
Покровительственная окраска
Позволяет быть незаметным среди окружающего фона. Благодаря покровительственной окраске организм становится трудно различимым и, следовательно, защищенным от хищников. Яйца птиц, откладываемые на песок или на землю, имеют серый и бурый цвет с пятнышками, сходный с цветом окружающей почвы. В тех случаях, когда яйца недоступны для хищников, они обычно лишены окраски. Гусеницы бабочек часто зелёные, под цвет листьев, или тёмные, под цвет коры или земли. Донные рыбы обычно окрашены под цвет песчаного дна (скаты и камбалы). При этом камбалы обладают ещё способностью менять окраску в зависимости от цвета окружающего фона. Способность менять окраску путём перераспределения пигмента в покровах тела известна и у наземных животных (хамелеон). Животные пустынь, как правило, имеют желто-бурую или песочно-желтую окраску. Однотонная покровительственная окраска свойственна как насекомым (саранча) и мелким ящерицам, так и крупным копытным (антилопы) и хищникам (лев).
Предостерегающая окраска
Предупреждает потенциального врага о наличии защитных механизмов (наличие ядовитых веществ или специальных органов защиты). Предостерегающая окраска выделяет из окружающей среды яркими пятнами или полосами ядовитых, жалящих животных и насекомых (змеи, осы, шмели).
Мимикрия
Подражательное сходство некоторых животных, главным образом насекомых, с другими видами, обеспечивающее защиту от врагов. Четкую границу между нею и покровительственной окраской или формой провести трудно. В самом узком смысле мимикрия - это имитация видом, беззащитным перед некоторыми хищниками, внешности вида, избегаемого этими потенциальными врагами из-за несъедобности или наличия особых средств защиты.Мимикрия – это результат гомологичных (одинаковых) мутаций у разных видов, которые помогают выжить незащищённым животным. Для видов-подражателей важно, чтобы их численность была невелика по сравнению с моделью, которой они подражают, иначе у врагов не будет выработан устойчивый отрицательный рефлекс на предостерегающую окраску. Низкая численность мимикрирующих видов поддерживается высокой концентрацией летальных генов в генофонде. В гомозиготном состоянии эти гены вызывают летальные мутации, в результате чего высокий процент особей не доживает до половозрелого состояния.
Интересно такое наблюдение. У животных северных популяций все вытянутые части тела - конечности, хвост, уши - покрыты плотным слоем шерсти и выглядят относительно более короткими, чем у представителей того же вида, но обитающих в жарком климате.
Эта закономерность, известная как правило Алена, распространяется как на диких, так и на домашних животных.
Заметна разница в строении тела северной лисы и фенека на юге, северного кабана и кабана на Кавказе. Беспородные домашние собаки в Краснодарском крае, крупный рогатый скот местной селекции отличаются меньшей живой массой по сравнению с представителями этих видов, скажем, Архангельска.
Зачастую животные из южных популяций длинноноги и длинноухи. Большие уши, недопустимые в условиях низких температур, возникли как приспособление к жизни в жарком поясе.
А животные тропиков имеют просто огромные уши (слоны, кролики, копытные). Показательны уши африканского слона, площадь которых составляет 1/6 часть поверхности всего тела животного. Они имеют обильную иннервацию и васкуляризацию. В жаркую погоду у слона через кровеносную систему раковин ушей проходит примерно 1/3 часть всей циркулирующей крови. В результате усиленного кровотока во внешнюю среду отдается излишнее тепло.
Еще больше впечатляет своими адаптационными способностями к высоким температурам житель пустыни заяц Lapus alleni. У этого грызуна 25% всей поверхности тела приходится на голые ушные раковины. Неясно, какова главная биологическая задача таких ушей: вовремя зафиксировать приближение опасности или участвовать в терморегуляции. Как первая, так и вторая задача решаются зверьком очень эффективно. У грызуна тонкий слух. Развитая кровеносная система ушных раковин с уникальной сосудодвигательной способностью обслуживает только терморегуляцию. За счет усиления и ограничения кровотока через ушные раковины животное меняет теплоотдачу на 200-300%. Его органы слуха выполняют функцию поддержания теплового гомеостаза и экономии воды.
Благодаря насыщенности ушных раковин термочувствительными нервными окончаниями и быстрым сосудодвигательным реакциям с поверхности ушных раковин во внешнюю среду отдается большое количество лишней тепловой энергии и у слона, и особенно у лепуса.
Хорошо вписывается в контекст обсуждаемой проблемы и строение тела родственника современных слонов - мамонта. Этот северный аналог слона, судя по сохранившимся останкам, обнаруженным в тундре, был значительно крупнее своего южного родственника. Но уши мамонта имели меньшую относительную площадь и к тому же были покрыты густой шерстью. Мамонт имел относительно короткие конечности и короткий хобот.
Длинные конечности невыгодны в условиях низких температур, так как с их поверхности теряется слишком много тепловой энергии. Но в условиях жаркого климата длинные конечности являются полезной адаптацией. В пустынных условиях верблюды, козы, лошади местной селекции, а также овцы, кошки, как правило, длинноноги.
По данным Н. Hensen, в результате адаптации к низким температурам у животных меняются свойства жира подкожных отложений и костного мозга. У арктических животных костный жир из фаланги пальцев имеет низкую точку плавления и не застывает даже в лютые морозы. Однако костный жир из костей, которые не контактируют с холодной поверхностью, например из бедренной кости, имеет обычные физико-химические свойства. Жидкий жир в костях нижней части конечностей обеспечивает теплоизоляцию и подвижность суставов.
Накопление жира отмечается не только у северных животных, для которых он служит теплоизоляцией и источником энергии в период, когда корм недоступен по причине тяжелого ненастья. Жир накапливают и животные, обитающие в жарком климате. Но качество, количество и распределение жира по телу у северных и южных животных разное. У диких арктических животных жир распределяется в подкожной клетчатке равномерно по всему телу. У животного при этом образуется своеобразная теплоизолирующая капсула.
У животных умеренного пояса жир как теплоизолятор накапливается лишь у видов со слабо развитым шерстным покровом. В большинстве случаев накопленный жир служит источником энергии в голодный зимний (или летний) период.
В жарком климате подкожные жироотложения несут другую физиологическую нагрузку. Распределение жировых отложений по телу животных характеризуется большой неравномерностью. Жир локализуется в верхней и задней частях тела. Например, у копытных африканских саванн жировая подкожная прослойка локализуется вдоль позвоночника. Она защищает животное от палящего солнца. Брюхо при этом абсолютно свободно от жира. Это также имеет большой смысл. Более холодная по сравнению с воздухом земля, трава или вода обеспечивает эффективный отвод тепла через брюшную стенку в отсутствие жировой прослойки. Небольшие жировые отложения и у животных в жарком климате являются источником энергии на период засухи и связанного с ней голодного существования травоядных.
Внутренний жир животных в жарком и засушливом климате выполняет еще одну чрезвычайно полезную функцию. В условиях недостатка или полного отсутствия воды внутренний жир служит источником воды. Специальные исследования показывают, что окисление 1000 г жира сопровождается образованием 1100 г воды.
Образцом неприхотливости в засушливых условиях пустыни служат верблюды, курдючные и жирнохвостые овцы, зебувидный скот. Масса накопленного в горбах верблюда и курдюке овцы жира составляет 20% от их живой массы. Расчеты показывают, что 50-килограммовая курдючная овца при себе имеет запас воды около 10 л, а верблюд еще больше - около 100 л. Последние примеры иллюстрируют морфофизиологические и биохимические адаптации животных к экстремальным температурам. Морфологические адаптации распространяются на многие органы. У северных животных имеет место большой объем желудочно-кишечного тракта и большая относительная длина кишечника, у них откладывается больше внутреннего жира в сальниках и околопочечной капсуле.
У животных аридной зоны имеется ряд морфофункциональных особенностей системы мочеобразования и выделения. Еще в начале XX в. морфологи обнаружили различия в строении почек пустынных животных и животных умеренного климата. У животных жаркого климата более развит мозговой слой за счет увеличения прямоканальцевой части нефрона.
Например, у африканского льва толщина мозгового слоя почек составляет 34 мм, а у домашней свиньи - всего 6,5 мм. Способность почек концентрировать мочу положительно коррелирует с длиной петли Гендле.
Кроме структурных особенностей у животных аридной зоны найдены функциональные особенности мочевыделительной системы. Так, для кенгуровой крысы нормальным является выраженная способность мочевого пузыря реабсорбировать воду из состава вторичной мочи. В восходящем и нисходящем каналах петли Гендле происходит фильтрация мочевины - процесс, обычный для клубеньковой части нефрона.
В основе адаптационного функционирования мочевыделительной системы лежит нейро-гуморальная регуляция с ярко выраженной гормональной составляющей. У кенгуровой крысы концентрация гормона вазопрессина повышена. Так, в моче кенгуровой крысы концентрация данного гормона составляет 50 ед/мл, у лабораторной крысы - всего 5-7 ед/мл. В ткани гипофиза кенгуровой крысы содержание вазопрессина равно 0,9 ед/мг, у лабораторной крысы - в три раза меньше (0,3 ед/мг). При депривации воды различия между животными сохраняются, хотя секреторная активность нейрогипофиза усиливается как у одного, так и у другого животного.
Потеря живой массы при депривации воды у аридных животных ниже. Если верблюд за рабочий день, получая лишь сено низкого качества, теряет 2-3% от живой массы, то лошадь и осел в тех же условиях потеряют 6-8% живой массы за счет обезвоживания.
Температура среды обитания оказывает значительное влияние на структуру кожных покровов животных. В холодном климате кожа толще, шерсть гуще, имеется подпушек. Все это способствует снижению теплопроводности поверхности тела. У животных жаркого климата все наоборот: тонкая кожа, редкая шерсть, низкие теплоизолирующие свойства кожи в целом.
Частным случаем криптической окраски является окраска по принципу противотени. У водных организмов она проявляется чаще, т.к. свет в водной среде падает только сверху. Принцип противотени предполагает более темную окраску верхней части тела и более светлую - нижней (на нее падает тень).
Расчленяющая окраска Расчленяющая окраска также представляет собой частный случай покровительственной окраски, хотя и используется несколько иная стратегия. В этом случае на теле имеются яркие, контрастные полосы или пятна. Издалека хищнику очень трудно различить границы тела потенциальной жертвы.
Предостерегающая окраска Такой вид защитной окраски присущ защищенным животным (как, например, этому голожаберному моллюску, использующему для защиты от врагов азотную кислоту). Яд, жало или другие способы защиты делают животное несъедобным для хищника, а окраска служит для того, чтобы вид объекта сохранился в памяти хищника в сочетании с теми неприятными ощущениями, которые тот испытал при попытке съесть животное.
Угрожающая окраска В отличие от предостерегающей окраски, угрожающая окраска присуща незащищенным, съедобным с точки зрения хищника организмам. Эта окраска не видна все время, в отличие от предостерегающей, она внезапно демонстрируется атакующему хищнику с целью дезориентировать его. Считается, что «глаза» на крыльях многих бабочек служат именно для этой цели.
Мимикрия Под термином «мимикрия» объединяется целый ряд разных форм защитных окрасок, общим для которых есть сходство, организмов, подражание по окраске одних существ другим. Виды мимикрии: 4 Классическая мимикриямимикрия Бейтса 4 Классическая мимикрия, или мимикрия Бейтса - подражание незащищенного организма защищенному; 4 Мимикрия Мюллера 4 Мимикрия Мюллера - сходня окраска («реклама») у ряда видов защищенных организмов; 4 Мимезия 4 Мимезия - подражание неживым предметам; 4 Коллективная мимикрия 4 Коллективная мимикрия - создание общего образа группой организмов; 4 Агрессивная мимикрия 4 Агрессивная мимикрия - элементы подражания у хищника с целью привлечения жертвы.
Классическая мимикрия, или мимикрия Бейтса (бейтсовская мимикрия) Незащищенный (уже - съедобный) организм подражает по окраске защищенному (несъедобному). Таким образом имитатором эксплуатируется стереотип, сформированный в памяти хищника контактом с моделью (защищенным организмом). На фотографии - муха- журчалка, подражающая по окраске и форме тела осе.
Мимикрия Мюллера (мюллеровская мимикрия) В этом случае ряд защищенных, несъедобных видов имеют сходную окраску («одна реклама на всех»). Таким образом достигается следующий эффект: с одной стороны, хищнику не надо пробовать по одному организму каждого вида, общий образ одного ошибочно съеденного животного будет достаточно прочно запечатленным. С другой стороны, хищнику не придется запоминать десятки разных вариантов яркой предостерегающей окраски разных видов. Пример - сходная окраска ряда видов Отряда перепончатокрылых.
Относительный характер приспособленности Каждая из приведенных защитных окрасок адаптивна, т.е. полезна для организмов лишь в определенных условиях среды обитания. При изменении этих условий (например, цвета фона для покровительственной окраски) она может даже стать дезадаптивной, вредной. Подумайте, в каких ситуациях проявится относительный характер приспособленности при: 4п4предостерегающей окраске; 4м4мимикрии Бейтса; 4к4коллективной мимикрии?
Для выживания в неблагоприятных климатических условиях растения, животные и птицы имеют некоторые особенности. Эти особенности называются "физиологические адаптации", примеры которых можно увидеть практически у каждого вида млекопитающих, в том числе и у человека.
Зачем нужна физиологическая адаптация?
Условия жизни в некоторых уголках планеты не совсем комфортные, тем не менее там существуют различные представители живой природы. Есть несколько причин, почему эти животные не покинули неблагоприятную среду.
Прежде всего, климатические условия могли измениться, когда определенный вид уже существовал на данной территории. Некоторые животные не приспособлены к миграциям. Возможен также вариант того, что территориальные особенности не позволяют мигрировать (острова, горные плато и т. д.). Для определенного вида изменившиеся условия обитания все равно остаются более подходящими, чем в любом другом месте. И физиологическая адаптация является лучшим вариантом решения проблемы.
Что понимают под адаптацией?
Физиологическая адаптация — гармония организмов с конкретной средой обитания. Например, комфортное пребывание в пустыне ее обитателей обусловлено их адаптацией к высоким температурам и отсутствию доступа к воде. Адаптацией считается появление тех или иных признаков у организмов, позволяющих им ужиться с какими-либо элементами среды. Они возникают в процессе определенных мутаций в организме. Физиологические адаптации, примеры которых общеизвестны в мире, это, допустим, способность к эхолокации у некоторых животных (летучие мыши, дельфины, совы). Эта способность помогает им ориентироваться в пространстве с ограниченным освещением (в темноте, в воде).
Физиологическая адаптация представляет собой набор реакций организма на те или иные патогенные факторы в среде обитания. Она обеспечивает организмам большую вероятность выживания и является одним из методов естественного отбора сильных и устойчивых организмов в популяции.
Виды физиологической адаптации
Адаптацию организма различают генотипическую и фенотипическую. В основе генотипической лежат условия естественного отбора и мутаций, которые привели к изменениям в организмах целого вида или популяции. Именно в процессе этого типа адаптации были сформированы современные виды животных, птиц и человека. Генотипическая форма адаптации является наследственной.
Фенотипическая форма адаптации обусловлена индивидуальными изменениями в конкретном организме для комфортного пребывания в определенных климатических условиях. Также может развиваться вследствие постоянного воздействия агрессивной среды. В результате организм приобретает устойчивость к ее условиям.
Сложные и перекрестные адаптации
Сложные адаптации проявляются в определенных климатических условиях. Например, привыкание организма к низким температурам при длительном пребывании в северных регионах. Эта форма адаптации развивается у каждого человека при переезде в другую климатическую зону. В зависимости от особенностей конкретного организма и его здоровья, такая форма адаптации протекает по-разному.
Перекрестная адаптация — форма привыкания организма, при которой развитие устойчивости к одному фактору повышает устойчивость ко всем факторам этой группы. Физиологическая адаптация человека к стрессу повышает его устойчивость к некоторым другим факторам, например, к холоду.
На основе положительных перекрестных адаптаций разработан комплекс мероприятий для укрепления сердечной мышцы и предотвращения инфарктных состояний. В естественных условиях те люди, которые чаще в жизни сталкивались со стрессовыми ситуациями, менее подвержены последствиям инфаркта миокарда, чем те, что вели спокойный образ жизни.
Типы приспособительных реакций
Выделяют два типа адаптивных реакций организма. Первый тип носит название "пассивные адаптации". Эти реакции проходят на клеточном уровне. Они характеризуют формирование степени устойчивости организма к воздействию негативного фактора окружающей среды. Например, изменение атмосферного давления. Пассивная адаптация позволяет сохранить нормальную функциональность организма при небольших колебаниях атмосферного давления.
Наиболее известные физиологические адаптации у животных пассивного типа — это защитные реакции живого организма на воздействие холода. Зимняя спячка, при которой замедляются жизненные процессы, присуща некоторым видам растений и животных.
Второй тип приспособительных реакций называется активным и подразумевает защитные меры организма при воздействии патогенных факторов. В этом случае внутренняя среда организма остается постоянной. Такой тип адаптации присущ высокоразвитым млекопитающим и человеку.
Примеры физиологических адаптаций
Физиологическая адаптация человека проявляется во всех нестандартных для его среды обитания и образа жизни ситуациях. Акклиматизация — наиболее известный пример адаптаций. Для разных организмов этот процесс проходит с различной скоростью. Некоторым для привыкания к новым условиям нужно несколько дней, у многих на это уйдут месяцы. Также скорость привыкания зависит от степени различия с привычной средой обитания.
В агрессивных средах обитания многие млекопитающие и птицы имеют характерный набор реакций организма, из которых состоит их физиологическая адаптация. Примеры (у животных) можно наблюдать практически в каждой климатической зоне. Например, обитатели пустынь накапливают запасы подкожного жира, который окисляется и образует воду. Этот процесс наблюдается перед наступлением периода засухи.
Физиологическая адаптация у растений также имеет место. Но она носит пассивный характер. Примером такой адаптации является сбрасывание деревьями листьев при наступлении холодного времени года. Места почек покрываются чешуйками, которые их защищают от вредного воздействия низких температур и снега с ветром. Процессы метаболизма в растениях замедляются.
В сочетание с морфологической адаптацией физиологические реакции организма обеспечивают ему высокий уровень выживаемости в неблагоприятных условиях и при резких изменениях в среде обитания.
В процессе эволюции у организмов выработались различные приспособления к среде обитания - адаптации. Адаптации проявляются на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического. Способность к адаптации - одно из основных свойств живой материи, обеспечивающее возможность ее существования. Адаптации развиваются под действием трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор.
Существует три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.
Активный путь - усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.
Пассивный путь - подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.).
Избегание неблагоприятных воздействий - выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.
Обычно приспособление вида к среде осуществляется тем или иным сочетанием всех трех возможных путей адаптации.
Адаптации можно разделить на три типа: морфологические, физиологические и этологические.
Морфологические адаптации сопровождаются изменением в строении организма (например, видоизменение листа у растений пустынь). Морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм (см. раздел «Жизненные формы организмов»).
Физиологические адаптации - изменения в физиологии организмов (например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира).
Этологические адаптации - изменения в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период). Этологические адаптации характерны для животных.
Живые организмы хорошо адаптированы к периодическим факторам. Непериодические факторы могут вызывать болезни, и даже смерть живого организма. Человек использует это, применяя пестициды, антибиотики и другие непериодические факторы. Однако длительное их воздействие также может вызвать к ним адаптацию.
